Método de hilatura de la matriz líquida (38) en un campo electrostático entre,

por lo menos, un electrodo (3) de hilatura y un electrodo colector (4) dispuesto frente a éste, en el que la matriz líquida (38) está siendo sometida a hilatura sobre una superficie de un cable (310) que se encuentra frente al electrodo colector (4) y que representa una zona activa (3100) de hilatura, caracterizado porque el cable (310) es estacionario o es desplazable en la dirección de su longitud o se está moviendo en la dirección de su longitud de forma discontinua o continua, mientras la matriz líquida (38) es distribuida sobre el cable (310) en la dirección de la longitud del cable (310), mientras es distribuida sobre éste en la zona activa (3100) de hilatura mediante un dispositivo móvil para la aplicación de la matriz líquida (38) o es distribuida sobre éste durante el movimiento del cable (310) en la dirección de su longitud mediante un dispositivo estacionario para la aplicación de la matriz líquida (38), dispuesto en la dirección del movimiento del cable (310) frente a la zona activa (3100) de hilatura, mientras que la zona activa (3100) de hilatura tiene, durante el proceso de hilatura, una posición estable respecto al electrodo colector (4)

Campo técnico

La invención se refiere al método para hilar la matriz líquida en un campo electrostático entre, por lo menos, un electrodo de hilatura y un electrodo colector dispuesto frente a éste, mientras que uno de los electrodos está conectado a un polo de una fuente de alta tensión y el segundo electrodo está conectado a masa, en el cual la matriz líquida que está siendo sometida a hilatura está en el campo electrostático en la zona activa de hilatura de un cable del medio de hilatura del electrodo de hilatura.

Además, esta invención se refiere al dispositivo para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de una matriz líquida en un campo eléctrico entre, por lo menos, un electrodo de hilatura y un electrodo colector dispuesto frente a éste, mientras que uno de los electrodos está conectado a un polo de una fuente de alta tensión y el segundo electrodo está conectado al polo opuesto de la fuente de alta tensión o a masa, y el electrodo de hilatura contiene, por lo menos, un elemento de hilatura que comprende el cable que contiene la sección recta paralela al plano de deposición de las nanofibras y/o al electrodo colector y forma una zona activa de hilatura del cable.

Además, la invención se refiere al electrodo de hilatura del dispositivo para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de una matriz líquida en un campo eléctrico entre, por lo menos, un electrodo de hilatura y, por lo menos, un electrodo colector dispuesto frente a éste, mientras que uno de los electrodos está conectado a un polo de una fuente de alta tensión y el segundo electrodo está conectado al polo opuesto de la fuente de alta tensión o a masa, y el electrodo de hilatura contiene, por lo menos, un elemento de hilatura montado en el cuerpo portador del electrodo de hilatura, que comprende el cable, el cual contiene la sección recta paralela al plano de deposición de las nanofibras y/o al electrodo colector.

Técnica anterior

El documento DE 101 36 255 B4 da a conocer el dispositivo para la fabricación de fibras a partir de una solución o masa fundida de polímero, con el electrodo de hilatura formado de un sistema de alambres paralelos situados en un par de bandas sin fin ceñidas en torno a dos cilindros de guiado, que están situados uno sobre el otro, mientras que el cilindro de guiado inferior se extiende en la solución o masa fundida de polímero. El electrodo de hilatura está conectado a la fuente de alta tensión junto con el contraelectrodo, que está formado de una banda giratoria eléctricamente conductora. La solución o masa fundida de polímero es desplazada mediante alambres al campo electrostático entre el electrodo de hilatura y el contraelectrodo, donde a partir de la solución o masa fundida de polímero se crean las fibras, las cuales son transportadas hacia el contraelectrodo y caen a la malla situada en el contraelectrodo. El inconveniente es un tiempo prolongado de permanencia de la solución o masa fundida de polímero en el campo eléctrico, debido a que la solución así como la masa fundida de polímero envejecen muy rápidamente y cambian sus propiedades durante el proceso de hilatura, lo cual provoca cambios en los parámetros de las fibras creadas, especialmente en su diámetro. Otra desventaja es la colocación de los alambres del electrodo de hilatura sobre un par de bandas sin fin, que deben ser eléctricamente conductoras y afectan muy negativamente al campo eléctrico que se crea entre el electrodo de hilatura y el contraelectrodo.

Además, a partir del documento US 4 144 533 se conoce un dispositivo para la aplicación electrodinámica de soluciones, dispersiones y mezclas de sustancias sólidas sobre un sustrato material por medio de un campo eléctrico adecuado. El dispositivo contiene dos depósitos con sustrato aplicado, en los que hay situadas poleas ceñidas por una banda sin fin, mediante la cual el sustrato es distribuido al campo eléctrico, en el cual éste es aplicado sobre el sustrato material, que pasa junto a uno o ambos lados laterales de la banda sin fin. El dispositivo no puede producir fibras, pues está diseñado solamente para la aplicación de soluciones, dispersiones, etc.

Además, se conocen dispositivos para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de una solución de polímero, que contienen los electrodos de hilatura giratorios de forma alargada, por ejemplo, según el documento WO 2005/024101 A1. Este dispositivo tiene el electrodo de hilatura en forma de cilindro, el cual gira según su eje principal y está sumergido, en su parte inferior, en la solución de polímero. La solución de polímero es desplazada por la superficie del cilindro al campo electrostático entre el electrodo de hilatura y el electrodo colector, donde se forman las nanofibras, que son transportadas hacia el electrodo colector y, antes de éste, se depositen sobre el sustrato material. El dispositivo puede producir nanofibras de muy buena calidad a partir de las soluciones de polímero en agua, si bien es muy difícil procesar por medio de este dispositivo las soluciones de polímeros solubles en solventes no acuosos. Además, la capa de nanofibras aplicadas al sustrato material no es homogénea.

La homogeneidad de la capa de nanofibras creada puede conseguirse mediante un dispositivo según el documento CZ PV 2005-360, que describe un electrodo de hilatura que comprende un sistema de laminillas dispuestas radial y longitudinalmente hacia el eje de rotación del electrodo de hilatura, mientras que la superficie de envoltura de una parte de la superficie del electrodo de hilatura sirve para llevar la solución del polímero al campo eléctrico que tiene la superficie de envoltura, la cual en el plano que pasa a través del eje del electrodo de hilatura y perpendicular al plano del sustrato material, tiene formado un perfil de líneas equipotenciales de máxima intensidad del campo eléctrico entre el electrodo de hilatura y el electrodo colector. Dicho electrodo de hilatura puede desplazar una cantidad suficiente de la solución de polímero a los lugares más adecuados del campo eléctrico entre el electrodo de hilatura y el colector, y al mismo tiempo puede hilar muy bien asimismo las soluciones de polímero no acuosas y crear una capa homogénea de nanofibras. No obstante, el inconveniente es la fabricación difícil de dicho electrodo de hilatura, y debido a esto su precio.

En relación con la fabricación, parece ser menos costoso el electrodo de hilatura según el documento CZ PV 2006545, que comprende un par de caras, entre las cuales están montados elementos de hilatura formados de alambre distribuidos homogéneamente en torno al perímetro de las caras, mientras que las caras están fabricadas de material eléctricamente no conductor y todos los elementos de hilatura están conectados eléctricamente entre sí de manera conductora. El electrodo giratorio de hilatura creado de este modo puede hilar las soluciones de polímeros en agua así como no acuosas y, a lo largo de toda su longitud, consigue un efecto de hilatura muy bueno debido a su homogeneidad, mientras que el campo eléctrico para la hilatura está formado entre elementos de hilatura individuales después de que salen de la solución de polímero y se aproximan gradualmente al electrodo colector.

El inconveniente de todos los electrodos de hilatura giratorios de forma alargada, así como del dispositivo para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de soluciones de polímero, que contiene los electrodos de hilatura giratorios de forma alargada, es la cantidad especialmente elevada de solución de polímero en el depósito de solución de polímero hacia el cual se prolongan los electrodos de hilatura mediante una sección de su superficie. Los depósitos tienen una superficie abierta grande sobre la cual no sólo se produce la evaporación masiva del solvente desde la solución de polímero sino que asimismo, por ejemplo, en las soluciones con solventes higroscópicos, la solución de polímero se espesa y envejece muy rápidamente, y debe ser añadida y sustituida continuamente. Éste incrementa los costos de la fabricación de nanofibras y, al mismo tiempo, reduce la calidad de las nanofibras fabricadas. La solución de polímero en el campo electrostático para la hilatura es distribuida relativamente despacio por la superficie del electrodo de hilatura giratorio cilíndrico, y por lo tanto se seca gradualmente sobre la superficie y en la siguiente inmersión de la posición respectiva de la superficie del electrodo de hilatura giratorio se pega una cantidad mayor de solución de polímero,... [Seguir leyendo]

1. Método de hilatura de la matriz líquida (38) en un campo electrostático entre, por lo menos, un electrodo (3) de hilatura y un electrodo colector (4) dispuesto frente a éste, en el que la matriz líquida (38) está siendo sometida a hilatura sobre una superficie de un cable (310) que se encuentra frente al electrodo colector (4) y que representa una zona activa (3100) de hilatura, caracterizado porque el cable (310) es estacionario o es desplazable en la dirección de su longitud o se está moviendo en la dirección de su longitud de forma discontinua o continua, mientras la matriz líquida (38) es distribuida sobre el cable (310) en la dirección de la longitud del cable (310), mientras es distribuida sobre éste en la zona activa (3100) de hilatura mediante un dispositivo móvil para la aplicación de la matriz líquida

(38) o es distribuida sobre éste durante el movimiento del cable (310) en la dirección de su longitud mediante un dispositivo estacionario para la aplicación de la matriz líquida (38), dispuesto en la dirección del movimiento del cable (310) frente a la zona activa (3100) de hilatura, mientras que la zona activa (3100) de hilatura tiene, durante el proceso de hilatura, una posición estable respecto al electrodo colector (4).

2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz líquida (38) es aplicada sobre el cable estacionario (310) en la zona activa (3100) de hilatura en el campo electrostático durante la hilatura, mientras que la matriz líquida (38) devaluada por la hilatura y/o por el efecto de la atmósfera circundante es retirada del cable estacionario (310) en caso de necesidad.

3. Método, según la reivindicación 2, caracterizado porque la matriz líquida (38) es aplicada en intervalos opcionales sobre el cable estacionario (310) en la zona activa (3100) de hilatura en el campo electrostático, y la matriz líquida (38) de desperdicio es retirada del cable (310) en otros intervalos opcionales.

4. Método, según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque la retirada de la matriz líquida (38) de desperdicio que se ha pegado, respecto al cable (310) en la zona activa (3100) de hilatura se realiza, en los electrodos de hilatura (3) que comprenden más zonas activas (3100) de hilatura de los cables (310), en yuxtaposición en un plano formado simultáneamente en más zonas activas (3100) de hilatura de los cables (310), mientras que entre una y las siguientes zonas activas (3100) de hilatura de los cables (310) que están limpiándose, se encuentra siempre por lo menos una zona activa (3100) de hilatura del cable (310) con matriz líquida (38) aplicada sobre ésta, desde la cual se está produciendo la hilatura.

5. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque mediante el movimiento discontinuo del cable (310) se aplica la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la zona activa (31) de hilatura.

6. Dispositivo para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de la matriz líquida (38) en un campo electrostático entre, por lo menos, un electrodo (3) de hilatura y un electrodo colector (4) dispuesto frente a éste y el electrodo (3) de hilatura contiene, por lo menos, un elemento (31) de hilatura que contiene el cable (310), el cual comprende la sección recta que es paralela al plano de deposición de las nanofibras (5) y/o al electrodo colector

(4) y forma la zona activa (3100) de hilatura del cable (310), caracterizado porque el cable (310) del elemento (31) de hilatura es estacionario o es desplazable en la dirección de su longitud, o es movible en la dirección de su longitud discontinua o continuamente y comprende, por lo menos, una zona activa (3100) de hilatura, que tiene una posición estable con respecto al electrodo colector (4), y está asignado al cable (310) el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la dirección de la longitud del cable (310).

7. Dispositivo, según la reivindicación 6, caracterizado porque el cable (310) es estacionario y, en la zona activa (3100) de hilatura, están asignados al cable (310) el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) y el dispositivo (370) para limpiar la matriz líquida (38) respecto al cable (310) en la zona activa (3100) de hilatura.

8. Dispositivo, según la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) y el dispositivo (370) para retirar la matriz líquida (38) respecto al cable (310) están montados en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura de forma desplazable reversiblemente a lo largo de la zona activa (3100) de hilatura del cable (310).

9. Dispositivo, según la reivindicación 6, caracterizado porque el cable (310) está montado con la posibilidad de movimiento en la dirección de su longitud.

10. Dispositivo, según la reivindicación 9, caracterizado porque el cable (310) del elemento (31) de hilatura tiene una longitud definida varias veces mayor que la zona activa (3100) de hilatura del cable, y su comienzo está montado en la bobina (311) de desenrollado y su fin está montado en la bobina (312) de enrollado, mientras que la bobina (312) de enrollado está acoplada con el dispositivo de accionamiento (36) de enrollado.

11. Dispositivo, según la reivindicación 9, caracterizado porque el cable (310) del elemento (31) de hilatura está formado de un bucle sin fin ceñido, por lo menos, en torno a la polea (313) de accionamiento y en torno a la polea

(314) de estiramiento.

12. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el cable (310) del elemento

(31) de hilatura tiene dos zonas activas (3100) de hilatura, que están dispuestas en un plano paralelo al plano para la deposición de nanofibras y/o al electrodo colector (4), mientras que el sentido de movimiento del cable (310) en las zonas activas (3100) de hilatura es opuesto.

13. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la zona activa (3100) de hilatura está montado de forma desplazable reversiblemente en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura, a lo largo de la zona activa (3100) de hilatura del cable (310).

14. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, caracterizado porque contiene, por lo menos, dos elementos (31) de hilatura yuxtapuestos que comprenden los cables (310), cuyas zonas activas (3100) de hilatura están dispuestas en un plano paralelo al electrodo colector (4) o al plano de los electrodos colectores.

15. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, caracterizado porque el cable (310) está fabricado de material eléctricamente conductor.

16. Dispositivo, según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, caracterizado porque el cable (310) está fabricado de material eléctricamente no conductor, mientras que se lleva la corriente eléctrica a la matriz líquida, con la cual está en contacto permanente el cable (310) o, por lo menos, su zona activa (3100) de hilatura.

17. Electrodo de hilatura del dispositivo para la fabricación de nanofibras mediante la hilatura electrostática de la matriz líquida que contiene, por lo menos, un elemento de hilatura montado en el cuerpo portador del electrodo de hilatura, elemento que comprende el cable que contiene la sección recta paralela al plano de deposición de nanofibras y/o al electrodo colector, y forma una zona activa de hilatura del cable, caracterizado porque el cable

(310) es estacionario o desplazable en la dirección de su longitud, o es movible en la dirección de su longitud discontinua o continuamente, mientras que la zona activa (3100) de hilatura del cable (310) tiene una posición estable en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura, y está asignado al cable (310) el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la dirección de la longitud del cable (310), el cual está dispuesto en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura.

18. Electrodo de hilatura, según la reivindicación 17, caracterizado porque el cable (310) es estacionario y su zona activa (3100) de hilatura tiene asignados el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable

(310) en la zona activa (3100) de hilatura del cable (310) y el dispositivo (370) para retirar la matriz líquida (38) de desperdicio respecto al cable (310) en la zona activa (3100) de hilatura.

19. Electrodo de hilatura, según la reivindicación 18, caracterizado porque el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la zona activa (3100) de hilatura y el dispositivo (370) para retirar la matriz líquida (38) respecto al cable (310) están montados en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura, de forma desplazable reversiblemente en la dirección de la longitud de la zona activa (3100) de hilatura del cable (310).

20. Electrodo de hilatura, según la reivindicación 17, caracterizado porque el cable (310) en el cuerpo portador (32) del electrodo (32) de hilatura está montado con posibilidad de movimiento en la dirección de su longitud.

21. Electrodo de hilatura, según la reivindicación 20, caracterizado porque el cable (310) del elemento (31) de hilatura está formado de un bucle sin fin ceñido, por lo menos, en torno a la polea (313) de accionamiento y en torno a la polea (314) de estiramiento, que están montadas de forma giratoria en el cuerpo portador (32).

22. Electrodo de hilatura, según la reivindicación 20 ó 21, caracterizado porque el cable (310) del elemento (31) de hilatura tiene dos zonas activas (3100) de hilatura, que están dispuestas en un plano paralelo al plano de deposición de las nanofibras y/o al electrodo colector (4), mientras que el sentido del cable (310) en las zonas activas (3100) de hilatura es opuesto.

23. Electrodo de hilatura, según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado porque el dispositivo (37) para la aplicación de la matriz líquida (38) sobre el cable (310) en la zona activa de hilatura está montado de forma desplazable reversiblemente en el cuerpo portador (32) del electrodo (3) de hilatura, a lo largo de la zona activa (3100) de hilatura del cable (310).

24. Electrodo de hilatura, según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque comprende, por lo menos, dos elementos (31) de hilatura dispuestos en yuxtaposición que comprenden los cables (310), cuyas zonas activas (3100) de hilatura están dispuestas en un plano.

25. Electrodo de hilatura, según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 24, caracterizado porque el cable (310) está fabricado de material eléctricamente conductor.

26. Electrodo de hilatura, según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 24, caracterizado porque el cable (310) está fabricado de material eléctricamente no conductor, mientras que se lleva la corriente eléctrica a la solución de polímero, con la cual el cable (310) o, por lo menos, su zona activa (3100) de hilatura está en contacto permanente.