Jan Čmelík und Team

Die gängigste Methode zur Herstellung von Nanofasern ist das sogenannte Elektrospinnen. Bei diesem Verfahren wird eine Polymerlösung mithilfe von Hochspannung in ultradünne Fasern gezogen, die nahezu sofort erstarren. Das herkömmliche Elektrospinnverfahren, bei dem die Polymerlösung durch eine Nadel gedrückt wird, war lange mit hartnäckigen Problemen verbunden: Verstopfung, geringer Durchsatz, inkonsistente Faserbildung und eine begrenzte Skalierbarkeit.  

Elmarco entwickelte ein alternatives Verfahren, das ohne Nadel auskommt. Statt das Polymer durch eine Nadel zu drücken, wird eine dünne Polymerschicht auf eine Drahtelektrode aufgetragen, an die eine Spannung von 80 kV angelegt wird. So entstehen entlang des Drahts viele Kegel, die über eine Breite von 1,5 bis 2 Meter stabile, gleichzeitige Strahlen erzeugen. Ohne erforderliche mechanische Drehung bleibt die Strahlbildung konsistent, sodass in längeren Produktionsläufen gleichmäßige Nanofaserschichten hergestellt werden können. Das Design minimiert außerdem den Polymerverbrauch und damit nicht nur das Lösungsmittelvolumen und die Verdampfung, sondern auch die Betriebskosten. 

Das Unternehmen hat weiter an der Optimierung des Verfahrens und seines Anwendungsbereichs gearbeitet. Mit der von Elmarco entwickelten Methode können Nanofasern direkt auf sich bewegende Garne und auf eine große Vielfalt an Substraten aufgetragen werden, von Papier und Vliesstoffen über Kunststoffe bis hin zu Leitermaterialien, wobei die Konfiguration jeweils an die spezifischen Anforderungen angepasst wird. Zudem hat das Team an biologisch abbaubaren und biobasierten Materialien wie Folien aus Maisstärke gearbeitet, um nachhaltigere Produktionsmöglichkeiten zu unterstützen. 

Produktion im industriellen Maßstab

2004 haben Professor Oldřich Jirsák und sein Team an der Technischen Universität Liberec (TU Liberec) die weltweit erste Elektrospinnmaschine entwickelt, die ohne Nadel auskommt. Elmarco suchte nach neuen Möglichkeiten und erkannte das Potenzial der Erfindung. Das Unternehmen schloss eine Lizenzvereinbarung mit der TU Liberec ab, die Elmarco das Recht gewährt, Maschinen für die kommerzielle Herstellung von Nanofasern zu entwickeln. 

Ende 2004 wurde ein funktionierender Prototyp präsentiert und 2006 die erste industrielle Produktionslinie. 2008 stellte Elmarco ein großes Forschungs- und Entwicklungszentrum fertig und 2010 führte das Unternehmen die zweite Generation seiner Plattform ein. Die Firma hat ihre Technologie kontinuierlich weiterentwickelt. Inzwischen sind mehr als 280 ihrer Maschinen in 150 Ländern installiert und werden in den verschiedensten Branchen genutzt, von Funktionstextilien zum Gesundheitswesen.  

Das geistige Eigentum von Elmarco deckt die Maschinenanlagen und die Prozesse ab, die eine Produktion im industriellen Maßstab ermöglichen. Während in früheren Jahren eine größere Anzahl Patente angemeldet wurden, sind die jüngsten Innovationen eher inkrementell, was von der Reife der Plattform zeugt. Das Unternehmen schützt seine Technologie in der Tschechischen Republik und in wichtigen globalen Märkten und bleibt stark mit der wissenschaftlichen Forschung verbunden. Elmarco arbeitet weiterhin eng mit der TU Liberec zusammen, an der Nanospider^TM-Maschinen für die Grundlagenforschung verwendet werden.  

Über den Erfinder

Jan Čmelík ist Leiter der Designabteilung und Qualitätssicherung bei Elmarco. Nach seinem Masterabschluss in Industriedesign 2004 an der Tschechischen Technischen Universität stieg er bei Elmarco in das Berufsleben ein. In nahezu zwei Jahrzehnten hat er sich zusammen mit dem Unternehmen weiterentwickelt und ist vom Ingenieur zum Direktor aufgestiegen. Er hat maßgeblich zum Aufbau der Designabteilung und zu den technischen Schritten beigetragen, die das Elektrospinnverfahren von einer Laborkuriosität in einen stabilen, in industriellem Maßstab anwendbaren Prozess umgewandelt haben: "Innovation braucht Zeit. Als wir angefangen haben, war schon allein das Erzeugen eines stabilen Strahls in einer industriellen Produktionslinie eine Herausforderung. Unsere Erfahrung zeigt: Es lohnt sich, neugierig und geduldig zu bleiben. Durchbrüche entstehen durch Durchhaltevermögen."