Wet spinning of core-shell and hollow polyelectrolyte fibers

  • Nassspinnen von Kern-Schale- und Hohlfasern aus Polyelektrolyten

Cui, Qing; Wessling, Matthias (Thesis advisor); Pich, Andrij (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Strukturierte Polymerfasern wurden in den letzten Jahrzehnten umfassend erforscht und in verschiedene Industriebereiche angewendet. Das Ziel der Arbeit ist es, die Nassspinntechnologie zu nutzen, um Polymerfasern mit unterschiedlichen Strukturen herzustellen und die so gesponnenen funktionellen Fasermaterialien in den Bereichen Tissue Engineering und bei elektrochemischen Reaktionen einzusetzen. Polyelektrolytkomplexfasern (PEC-Fasern) haben ein großes Potenzial für biomedizinische Anwendungen, da sie unter milden Prozessbedingungen aus biokompatiblen und wasserlöslichen Polyelektrolyten hergestellt werden können. Diese Arbeit beschreibt eine neuartige Methode zur kontinuierlichen Herstellung von PEC-Fasern in einem wasserbasierten Nassspinnverfahren durch Grenzflächenkomplexierung innerhalb einer Kern-Schale-Spinndüse. Dieses Verfahren kombiniert die Robustheit und Flexibilität von NIPS Spinnverfahren (Non-Solvent-Induced Phase Separation), die üblicherweise in der Membranindustrie eingesetzt werden, mit der Komplexierung zwischen entgegengesetzt geladenen Polyelektrolyten. Im Fall von Chitosan und Polystyrolsulfonat (PSS) konnten die mechanischen Fasereigenschaften durch den Einsatz von Poly (ethylenoxid) (PEO) in die PSS Phase verbessert werden. Die Eignung der CHI/PSS-PEO-Fasern als Gerüst für Zellkulturanwendungen wurde durch eine viertägige Kultivierung menschlicher HeLa-Zellen auf PEO-verstärkten Fasern mit anschließender Analyse der Lebensfähigkeit der Zellen durch einen fluoreszenzbasierten Live/Dead-Assay überprüft. Wasserstoffperoxid wird häufig in der chemischen Synthese, Elektronik, Papier- und Textilindustrie eingesetzt und verzeichnet in den letzten zehn Jahren eine steigende weltweite Marktnachfrage. Diese Arbeit beschreibt dir Darstellung und Analyse eins PEDOT: PSS/CNT-Kompositmaterials als katalytisch aktives Elektrodenmaterial für die Sauerstoffreduktionsreaktion zur Herstellung von Wasserstoffperxoid und untersucht hierbei den Einfluss von verschiedenen CNT-Beladungen (0-40 wt.%). Das Kompositmaterial zeigte die höchste Leitfähigkeit von 484 S/cm und eine optimale Kapazität von 82.59 F/g. Mit Säure behandeltes reines PEDOT hat sich erstmals als Katalysator zur elektrochemischen Darstellung von Wasserstoffperoxid erwiesen. Mit einer selbst entworfenen Kern-Schale Spinndüse können 40 wt.% ige Komposithohlfasern in einem einstufigen Bottom-Up-Nassspinnverfahren hergestellt werden. Diese Hohlfasern konnten erfolgreich als tubuläre Elektrode zur Sauerstoffreduktion eingesetzt werden. Hierbei erzielten sie eine H2O2-Produktionsrate von 0.0108 mg/min/cm2, einen Stromwirkungsgrad von 54.3% unter -0.25 V (gegenüber SHE). Die Analyse der Langzeitstabilität zeigte einen nahezu konstante Stromdichte (95.1%), was auf eine hohe Stabilität des Elektrodenmaterials hinweist.

Identifikationsnummern

Downloads