Vpliv PAS na premer nanovlaken in pojavnost polimernih madežev

Na podlagi naših rezultatov ne moremo sklepati o vplivu masnega deleža neionskih PAS na povprečni premer nanovlaken oziroma ne moremo govoriti o trendu naraščanja ali padanja povprečnega premera. Povprečen premer nanovlaken, izdelanih iz polimerne raztopine z dodatkom 1,0 % (m/m) Tweena 20, je bil 179 ± 82 nm. Iz enake polimerne raztopine z dodatkom 1,0 % (m/m) Kolliphorja HS 15 smo izdelali nanovlakna s povprečnim premerom 96 ± 30 nm. Pričakovali smo, da bodo imela izdelana nanovlakna bolj podoben povprečen premer. V primeru Tweena 20 smo s povečevanjem masnega deleža z 0,1 % (m/m) na 1,0

% (m/m) opazili povečanje premera nanovlaken, medtem ko smo pri Kolliphorju HS 15 s povečanjem masnega deleža z 0,5 % (m/m) na 1,0 % (m/m) zaznali zmanjšanje povprečnega premera nanovlaken. Pri povečanju masnega deleža PAS na 2,0 % (m/m) nismo opazili večjega vpliva na premer nanovlaken, dodatno pa je pri Kolliphorju HS 15 celo znižal kakovost nanovlaken.

Na sliki 18, ki prikazuje opisane vzorce pri manjši povečavi, opazimo velika odstopanja v morfologiji posameznih vzorcev. Morfologija nanovlaken je zelo raznolika in vidne so vse poznane oblike nepravilnosti. Slika 18a prikazuje vzorec brez dodanih PAS, pri katerem opažamo ogromno vozlov. Število vozlov smo znatno zmanjšali že z dodatkom majhne količine PAS, kar vidimo, če primerjamo vzorec brez PAS z vzorcema na slikah 18b in 18e.

Sklepamo, da smo površinsko napetost polimerne raztopine dovolj znižali, da smo lahko stabilizirali curek, kar se odraža v nižji pojavnosti vozlov. Največ polimernih madežev smo opazili pri vzorcu z 2-odstotnim (m/m) Tweenom 20, ki ga prikazuje slika 18d, in pri vzorcu z 2-odstotnim (m/m) Kolliphorjem HS 15, prikazanim na sliki 18g. Predvidevamo, da smo z dodatkom 2 % (m/m) PAS površinsko napetost raztopine polimera preveč znižali in s tem onemogočili nastanek Taylorjevega stožca, kar je vodilo do številnih prekinitev in v kapljanje. Najbolj enotno obliko nanovlaken brez polimernih madežev smo dosegli pri vzorcu z dodatkom 1,0 % (m/m) Tweena 20, ki je prikazan na sliki 18c, kjer smo bili najbolj uspešni pri poenotenju različnih parametrov in dejavnikov elektrostatskega sukanja.

Zaželeno je, da je masni delež PAS v raztopini čim nižji, saj večina PAS deluje dražeče.

Posledično se pri izdelavi nanovlaken izogibamo ali zmanjšujemo količino potencialno dražečih spojin, ki bi lahko pri nanosu na sluznice in kožo povzročile neželene učinke.

35

Slika 18: SEM-slike nanovlaken z 90-odstotnim deležem hitosana – prikaz polimernih madežev. (a) brez PAS, (b) 0,1 % Tween 20, (c) 1,0 % Tween 20, (d) 2,0 % Tween 20, (e) 0,5 % Kolliphor HS 15, (f) 1,0 % Kolliphor HS 15, (g) 2,0 % Kolliphor HS 15.

36

5 SKLEP

Hitosan je zaradi svojih edinstvenih lastnosti izjemno perspektiven polimer za izdelavo nanovlaken, vendar je priprava le-teh iz raztopine čistega hitosana zelo zahtevna. Cilj raziskovalne naloge je bil izdelati kakovostna nanovlakna s čim višjim deležem hitosana. Na podlagi proučevanja teoretskega ozadja postopka elektrostatskega sukanja smo zasnovali poskuse, s katerimi smo poglobili naše razumevanje vpliva različnih spremenljivk na morfologijo izdelanih nanovlaken.

V raziskovalni nalogi, opravljeni v okviru diplomskega dela, smo o vplivu parametrov na tvorbo hitosanskih nanovlaken ugotovili naslednje:

− Eden izmed temeljnih dejavnikov, ki vpliva na tvorbo enakomernega curka pri procesu elektrostatskega sukanja, je delež hitosana. S povečevanjem deleža hitosana se je sorazmerno povečevala viskoznost raztopine, kar je znatno oteževalo tvorbo stabilnega in konsistentnega curka. Pri raztopinah z deležem hitosana nad 70 % smo zabeležili prekinitve, kapljanje, pršenje curka, zasušitev kapljice na konico igle in pojav več curkov hkrati. Čim višji je bil delež hitosana, tem več deformacij smo opazili. Curek smo stabilizirali s prilagajanjem lastnosti raztopine in s spremembo parametrov procesa.

− Za izdelavo kakovostnih nanovlaken enakomerne debeline in brez vozlov je bistvenega pomena izbira polimera z ustrezno molekulsko maso. Pri pripravi nanovlaken z visokim deležem hitosana smo najbolj kakovostna vlakna izdelali z uporabo visokomolekularnega PEO z molekulsko maso 4 MDa.

− Dodatek PAS v formulacijo z visokim deležem hitosana je imel značilen vpliv na stabilizacijo curka in posledično na morfologijo nastalih nanovlaken. Pri raztopinah hitosan/PEO v razmerju 80 : 20 z dodatkom 0,1-odstotnega (m/m) Tweena 20 smo opazili znatno zmanjšanje povprečnega premera nanovlaken. V primeru elektrostatskega sukanja raztopin hitosan/PEO v razmerju 90 : 10 smo z dodatkom 0,1–1,0 % (m/m) neionskih PAS uspeli izdelati nanovlakna enakomernih velikosti in praktično brez vozlov. S povečevanjem masnega deleža PAS nad 1,0 % (m/m) nismo zaznali sprememb v povprečnem premeru nanovlaken.

− Med procesnimi parametri je najpomembnejša uporabljena napetost, ki je osrednja gonilna sila celotnega postopka. S prilagajanjem napetosti smo uravnavali tvorbo Taylorjevega stožca in vzdrževali konstanten ter stabilen nitasti curek. S povečevanjem

37

deleža hitosana in posledičnim povečevanjem viskoznosti raztopine smo za vzpostavitev nepretrganega curka morali dovajati čedalje višje napetosti. V primeru raztopine hitosan/PEO v razmerju 90 : 10 smo za vzpostavitev curka potrebovali najmanj 25 kV.

− Na morfologijo nanovlaken vplivamo tudi z izbiro ustrezne razdalje med konico igle in zbiralom. V našem primeru se je razdalja 15 cm izkazala za primerno, pri kateri smo kljub spremembi raznovrstnih parametrov uspeli tvoriti kakovostna nanovlakna brez večjih morfoloških nepravilnosti.

− Med procesnimi parametri ima pomembno vlogo tudi nastavljen pretok, s katerim raztopina izhaja iz šobe. Uporabili smo pretoke od 150 do 275 μL/h, pri katerih smo uspešno tvorili nanovlakna enakomernih velikosti in brez nepravilnosti pri različnih deležih hitosana. Pri primerjavi nekaterih vzorcev smo zaznali, da se pri nižjem pretoku tvorijo tanjša nanovlakna, pri višjem pretoku pa je bil njihov povprečni premer večji.

Slednje pa ni veljalo v vsakem primeru, zato na jasen trend pri vplivu pretoka na velikost nanovlaken ne moremo sklepati.

− Odločilnega pomena na sposobnost tvorbe curka in posledično na morfologijo nanovlaken imajo tudi dejavniki okolja. V primeru raztopin z visokim deležem hitosana smo s povišanjem temperature in znižanjem RH dosegli znižanje viskoznosti raztopine.

Posledica tega je bil stabilnejši curek in manj vozlov v končnem vzorcu. Iz tega razloga smo raztopine z 90-odstotnim deležem hitosana elektrostatsko sukali izključno pri visoki temperaturi (43−45 °C) in nizki vlažnosti (10−12 % RH). Pri slednjih smo uspeli obdržati kontinuiran curek. Pri poskusu sukanja nanovlaken pri nižji temperaturi in višji vlažnosti smo namreč takoj naleteli na nestabilnost v obliki kapljanja in pršenja.

Zaradi nepredvidljivosti medsebojnega vpliva optimiziranih parametrov je izdelava nanovlaken z visokim deležem hitosana težaven proces, vseeno pa nam je raziskava omogočila poglobljen vpogled v ozadje celotnega postopka elektrostatskega sukanja.

38