Professores do ETSi descobrem método para produção em massa de microfibras
Professores do ETSi descobrem método para produção em massa de microfibras
Professores do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica dos Fluidos da Escola Técnica Superior de Engenharia da Universidade de Sevilha conseguem um método para produção em massa de microfibras feitas com um polímero denominado álcool polivinílico (PVA). Este estudo, coletado no artigo https://doi.org/10.1039/D3RA03070A , apresenta um avanço quantitativo quanto à possibilidade de produção industrial de nanofibras.
Os professores Luis Modesto López e Alfonso Gañán Calvo, juntamente com o estudante Jesús Olmedo Pradas, apresentam neste artigo esta nova tecnologia, que pode ser aplicada à produção em massa de micro e nanomateriais, especialmente nanofibras. “Devido à elevada capacidade de processamento, a técnica que propomos poderá, no futuro, ser ampliada e adaptada à produção industrial, melhorando assim os índices de produção. Além disso, deve-se levar em conta que se trata de uma técnica de produção de fibras poliméricas e estes materiais estão presentes em praticamente todos os aspectos da vida cotidiana, portanto sua aplicação é verdadeiramente ampla e diversificada: fabricação dos chamados scaffolds biocompatíveis para uso em tecidos regeneração, produção de plataformas fibrosas para sistemas de geração e armazenamento de energia (ou seja, eletrodos), sistemas de impressão 3D. Outra das aplicações industriais mais visíveis e atualmente relevantes seria a fabricação de materiais para máscaras e EPI ou para os chamados “smart wearables” (“tecidos inteligentes”)”, afirma o professor Modesto López.
A relevância deste trabalho está na produção em massa de fibras muito finas, conhecidas como microfibras, e feitas de um polímero denominado álcool polivinílico (PVA). Para isso, utilizam um processo único com o qual, com um único injetor, têm capacidade de processar mil vezes mais microfibras do que com sistemas convencionais, como os chamados eletrofiação ou “eletrofiação”. Essas microfibras têm diâmetro inferior a 1 micrômetro (1 mícron, um milionésimo de metro), entre 0,9 e 0,5 mícron, o que significa que são muito mais finas que um fio de cabelo humano (100 mícrons) ou um glóbulo vermelho (8 mícrons). . Eles podem até ser tão finos quanto o coronavírus (menos de 0,5 mícron).
O estudo teve como objetivo desenvolver uma tecnologia simples, mas robusta, para produzir micro e nanofibras utilizando injetores pneumáticos do tipo Flow Blurring® (fornecidos pela Ingeniatrics Tecnologías SL). Esses dispositivos utilizam uma corrente de ar para fragmentar um fluxo de líquido, dando origem à formação de gotículas finas (como as geradas pelos aspersores de terraço), processo conhecido como pulverização. É importante notar que o nosso estudo foi financiado com fundos dos programas PAIDI 2020 e FEDER.
O professor Modesto López conta como chegaram a essa descoberta desta forma: “A pesquisa começou com testes de pulverização em que se buscava a produção de microgotículas. Porém, em vez disso, obtivemos estruturas alongadas que chamamos de ligamentos. Ao estudar a física subjacente ao processo de pulverização, percebemos que os ligamentos eram formados pelo uso de líquidos altamente viscosos e com certa viscoelasticidade. Porém, era necessário um método para solidificar os ligamentos e obter fibras. Por isso, recorremos a uma fonte de calor, neste caso um forno tubular capaz de atingir temperaturas de até 1200 graus Celsius, embora no nosso estudo 300 graus tenham sido suficientes. Em resumo, pulverizamos uma solução de polímero no forno usando um injetor Flow Blurring. O calor gerado pelo forno permitiu a secagem rápida dos ligamentos, resultando na formação de microfibras em questão de segundos. Da mesma forma, paralelamente realizamos simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para melhor compreender os processos físicos que governam a fragmentação de soluções poliméricas e a formação de ligamentos.”
A maior parte do trabalho foi realizado no laboratório de Mecânica dos Fluidos do Departamento de Engenharia Aeroespacial e Mecânica dos Fluidos do ETSI embora também tenham feito uso das instalações do CITIUS onde analisaram a viscosidade das soluções poliméricas na Caracterização Funcional e examinamos a forma e o tamanho das microfibras usando um microscópio eletrônico de varredura (MEV) da unidade de microscopia.
O projeto é transformador porque visa revolucionar os métodos convencionais de produção de micro e nanofibras. Atualmente, as técnicas mais comuns de fabricação de nanofibras utilizam campos elétricos como fonte de energia para “esticar” soluções poliméricas, reduzir seu tamanho e/ou fragmentá-las; mas requer que o líquido tenha uma certa condutividade elétrica. Além disso, estas técnicas apresentam uma baixa capacidade de processamento da solução em questão, da ordem de 0,1 mililitros por hora. Nesse sentido, nossa tecnologia é energeticamente mais eficiente que os métodos atuais, pois não depende de fonte externa de energia para fragmentar o líquido, mas sim aproveita a energia mecânica contida na corrente de ar para gerar uma nova superfície, ou seja, uma multiplicidade de ligamentos mais finos. Da mesma forma, a tecnologia proposta possui uma capacidade de processamento muito elevada, pois pode operar com vazões de líquidos da ordem de 1.500 mililitros por hora, o que é mais de mil vezes a capacidade dos sistemas convencionais. Da mesma forma, este projeto abre uma nova linha de pesquisa relacionada à fabricação de fibras compósitas que consistem em dois ou mais materiais poliméricos e que por sua vez podem conter nanopartículas funcionais ou materiais como grafeno e nanotubos de carbono.
