Melt electrospinning of thermoplastic polymers

Hassounah, Ibrahim; Möller, Martin

doi:999910176254

Melt electrospinning of thermoplastic polymers = Schmelzelektrospinnen von thermoplastischen Polymeren

Hassounah, Ibrahim (Author)

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Ibrahim Hassounah

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

Umfang127 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Möller, Martin (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-02-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-40332
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63307/files/4033.pdf

Einrichtungen

RWTH Aachen (hsbk000000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektrospinnen (Genormte SW) ; Rheologie (Genormte SW) ; Viskosität (Genormte SW) ; Nukleierungsmittel (Genormte SW) ; Chemie (frei) ; electrospinning (frei) ; rheology (frei) ; viscosity (frei) ; nuclating agents (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung einer Schmelzelektrospinnenstrategie für thermoplastische Polymere. Ziel der Arbeit war, Nanofasern aus Polypropylen durch Schmelzelektrospinnen herzustellen, um die Emission organischer und giftiger Lösungsmittel zu vermeiden. Auch könnten andere thermoplastische Polymere, wie PP und PET, aus der Schmelze elektrogesponnen werden. Für das Elektrospinnen aus Schmelze sind niedrigere Schmelzviskositäten erforderlich, da hohe Schmelzviskositäten die Erzeugung feiner Fasern ihibieren. In dieser Arbeit wurden die Möglichkeiten zur Herstellung von Polypropylen-Nanofasern mittels Schmelzelektrospinnen untersucht. Fasern unter 1 µm verfügen über eine große Oberfläche, die die Filtrationsleistungsfähigkeit erhöhen können. Zu Beginn der Arbeit wurden eine einfache Schmelzelektrospinnenanlage entsickelt und aufgebaut sowie die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Schmelzviskosität von Polypropylen untersucht. Die Einflüsse von Schmelzviskosität und der Prozessparameter auf den Elektrospinnenprozess und die generierten Nanofaserdurchmesser wurden untersucht. Im folgenden Kapitel dieser Arbeit wurde die Schmelzviskosität durch Mischen von Polypropylen mit unterschiedlichem Molekulargewicht, durch Zusatz von Gleitmitteln (z. B. Natriumstearat) und durch Erhöhung der Schmelztemperatur modifiziert. Das Ziel dieser Arbeiten war, den Bereich der Schmelzviskosität zu erfassen, in dem die Herstellung von PP-Nanofasern möglich ist. In dem darauf aufbauenden Kapitel wurden die Einflüsse der Prozess-und Umgebungsparameter auf den Faserbildungsprozess untersucht. Das abschließende Kapitel der Arbeit befasst sich mit der Untersuchung des Einflusses von Nukleierungsmitteln, die den (hinsichtlich der Schmelzviskosität) optimierten Polypropylenen zugemischt wurden. Dazu wurden drei verschiedene Nukleierungsmittel mit dem Ziel verwendet, den Kristallisationsgrad in den generierten Nanofasern zu erhöhen. Die Konzentration des jeweiligen Nukleierungsmittel wurden variiert, um die Schmelzenthalpie zu erhöhen und den Einfluss auf den Faserdurchmesser zu untersuchen.

This dissertation is concerned about developing of melt electrospinning strategies of thermoplastic polymers. The goal was to generate polypropylene nanofibers from the polymer melt instead from the polymer solution. Through this method, organic, toxic or environmentally non-friendly solvents can be avoided offering a clean process for nanofibers production. Melt electrospinning necessitates the use of polymer melts with lower melt viscosity since high melt viscosities inhibit the formation of ultrafine fibers. The generation of ultra-fine polypropylene nanofibers to utilize these fibers in filter media was studied. The ultra-fine size fibers below 1 µm offer great surface area that assists us to be used as filter media. At the beginning, a simple melt electrospinning device was designed and the melt viscosity of polypropylene was influenced. The effect of the melt viscosity on the produced fiber diameter was studied. Furthermore, the effects of the ambient and the processing parameters on the electrospinning process and the resulting fiber diameter were studied. In the next chapter, the melt viscosity of polypropylene was influenced by blending of different molecular weights polypropylenes, by addition of small molecules (sodium stearate) and by increasing of the melt temperature. The aim is to recognize the melt viscosity limits which enable us to obtain ultra-fine polypropylene fibers. In the following chapter, process and ambient parameters and their effect on fiber diameter were studied. These parameters were investigated in order to optimize the conditions for generation of small fibers. Furthermore and after investigation of the effect of melt viscosity and processing parameters, the chosen polypropylene mixtures were mixed with nucleating. Three different types of nucleating agents were used to enhance the nucleation process in polypropylene electrospun fibers. The amounts of nucleating agents were altered in order to obtain the highest possible melt enthalpy (dH) that indicates the highest degree of crystallization. The effects of nucleating agents’ type and their amount on the fiber diameters and the degree of crystallization were studied.

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