Elektrospinnen

Elektrospinnen, englisch electrospinning, ist ein Verfahren zur Herstellung ultrafeiner Fasern aus polymeren Lösungen oder Schmelzen, das durch hohe elektrische Spannung angetrieben wird. Eine Polymerlösung wird aus einer Spritze durch eine feine Nadel gepresst. Am Nadelende bildet sich ein Taylor-Kegel, aus dem ein Jet austritt. Durch Dehnung und Verdunstung des Lösungsmittels entstehen Fasern, die auf einen Sammeluntergrund aufgetragen werden. Die Fasern weisen Durchmesser von wenigen Nanometern bis zu einigen Mikrometern auf.

Es gibt zwei Hauptvarianten: Lösungselektrospinnen und Schmelzelektrospinnen. Beim Lösungsspinnen löst sich Polymer in einer Lösung, während beim Schmelzspinnen der Polymeranteil als Schmelze verarbeitet wird. Aufbau und Betriebsprinzip variieren: Nadelsysteme liefern einzelne Jets, needleless-Systeme erzeugen mehrere Jets an rotierenden Spinnerets. Typische Ausrüstung umfasst Pumpe, Hochspannungsquelle, Spritze oder Spinneret sowie Sammelplatte oder rotierende Trommel. Einflussparameter sind Viskosität, Oberflächenspannung, Leitfähigkeit, Abstand zwischen Nadel und Sammeloberfläche, Flussrate und angelegte Spannung. Verwendbare Polymere umfassen PAN, PLA, PCL, PVP, PEO; Lösungsmittel reichen von DMF, THF, Aceton bis Wasser.

Anwendungen umfassen Filtration (Luft- und Wasserfiltration), Gewebeersatz, Biomedizin, Drug-Delivery, Sensorik sowie Energiespeicher und funktionale Textilien. Die Technik bietet eine hohe Oberflächen-zu-Volumen-Fläche und eine anpassbare Porosität, sowie die Möglichkeit der Einbettung von Nanopartikeln. Herausforderungen sind Reproduzierbarkeit, Skalierung, Kosten und Sicherheitsaspekte durch Lösungsmittel-Dämpfe und Hochspannung. Forschung zielt auf bessere Prozesssteuerung, schmelzelektrospinnen-Alternativen und industrielle Skalierung ab.