Nanofibras

Você sabe para que servem as nanofibras e como são produzidas? Esses filamentos poliméricos de centenas de nanômetros de diâmetro apresentam elevada proporção área de superfície por volume. Assim, esse tipo de material é usado comumente em aplicações que tirem vantagem dessa propriedade, como filtragem de ar e água, catálise de reações e produção e armazenamento energético, como em painéis solares e baterias. Além disso, são utilizadas na biomedicina, auxiliando na reconstrução de tecidos e também no transporte de medicamentos dentro de nosso corpo, na fabricação de roupas, ou também em estruturas que exijam uma elevada resistência mecânica e peso reduzido, como armaduras corporais.

Para produzir fibras tão pequenas, a técnica mais convencional é a deposição eletrostática, mais conhecida pelo nome em inglês electrospinning. Nela, o polímero, na forma líquida, é emitido na forma de um jato e submetido a um campo elétrico, como pode ser visto no vídeo abaixo:

Os jatos que originam as nanofibras podem ser obtidos por meio de bocais, milhares deles para que a produtividade tenha um nível aceitável, ou sem bocais (nozzle-less), técnica mais recente que é melhor adequada a uma produção em massa. No vídeo vimos a técnica exemplificada para um único bocal. Para que ela seja possível, é necessário que haja o bombeamento da solução polimérica até esta extremidade. Devido a isso, há uma limitação na quantidade máxima de bocais por unidade de área no processo, devido ao sistema hidráulico da bomba, o que pode restringir a produtividade. Além disso, quanto maior o número desses elementos mecânicos, também maiores os problemas relacionados à manutenção da máquina, principalmente no que diz respeito à limpeza.

nozzleless

Processo de electrospinning sem bocais. Fonte: Lin 2011

O segundo processo, que envolve a manufatura sem uso de bocais, é mais indicado para a produção industrial. Nessa variante, um cilindro é rotacionado e mergulhado na solução polimérica, de forma que uma camada de polímero seja formada sobre sua superfície. Em seguida, o conjunto é exposto a um campo elétrico, que quando superior a um valor crítico, produz diversos jatos de solução polimérica na superfície do cilindro. Esses jatos são distribuídos periodicamente, uma das principais vantagens do processo, já que o número e localização dos jatos ocorre naturalmente em posições otimizadas. Comparando isso ao electrospinning convencional, onde os milhares de bocais são posicionados artificialmente, o resultado é uma menor instabilidade e produção de fibras mais homogêneas. A tabela abaixo mostra um breve comparativo entre as duas variantes do processo de electrospinning.

Comparativo entre os processos de electrospinning. Adaptado de: Lin 2011.tab

Os polímeros normalmente utilizados como matéria-prima para a fabricação de nanofibras são polietileno (PE), polipropileno (PP), polibenzimidazol (PBI), poliacrilonitrilo (PAN), poliamida (PA), polietilenotereftalato (PET) e poliéster (PS).

Referências:

LIN, T. Nanofibers-production, properties and functional applications. InTech, 2011;

Nanofibers unleashed: new technique for production of versatile fibers;

Fibrenamics – Nanofibras.

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