Een groep onderzoekers van de Hogere Technische School voor Engineering aan de Universiteit van Sevilla heeft filamenten en vezels verkregen uit zeer viskeuze vloeistoffen met technologie die gewoonlijk wordt gebruikt om druppels te produceren. Door middel van hun onderzoek ze hebben de voorwaarden ontdekt die nodig zijn voor de vorming van filamenten met een dikte van minder dan 50 micrometer.

De experts melden dat er een moment is waarop een polymeer in vloeibare toestand – en wel een die is bewerkt uit polyethyleenglycol, die veel wordt gebruikt in de industrie - vertoont een grotere elasticiteit zodat, in plaats van te breken en druppels te vormen, de vloeistof ervaart rekken, die filamenten vormen. Het generatieproces voor deze filamenten wordt geregeld door parameters zoals het molecuulgewicht van het polymeer en de concentratie ervan in de vloeistof, evenals de druk die in het apparaat wordt gebruikt.

Voor deze studie is de onderzoekers gebruikten stroomvervagingstechnologie. Deze technologie, ontwikkeld door professor Alfonso Gañán Calvo van de Universiteit van Sevilla, is een zeer efficiënte methode voor het verstuiven van vloeistoffen die verneveling wordt genoemd.

Deze technologie bestaat erin om met behulp van een luchtstroom een ​​vloeistof te breken en druppels te produceren op dezelfde manier als de vernevelingssystemen die in de zomer worden gebruikt om terrassen te verversen. Stroomvervagingsapparaten zijn zeer efficiënt omdat ze de energie in de gasstroom kanaliseren voor het genereren van druppels door middel van krachtige vermenging met de vloeistof, het vermijden van verliezen door andere mechanismen.

In aanvulling, het is aangetoond dat pneumatische stroomvervagingsapparaten tot 50 keer meer oppervlakte produceren voor elke liter vernevelde vloeistof. Dit vertaalt zich in druppels die tot 50 keer kleiner zijn dan bij het gebruik van andere verstuivers. Dit komt door het feit dat flow blurring-vernevelaars de energie zodanig concentreren dat ze in staat zijn om stoffen zo stroperig als verf te verstuiven, of, zoals in dit geval, hooggeconcentreerde polymeeroplossingen.

"Met behulp van een hogesnelheidscamera die een miljoen beelden per seconde kan opnemen, we kunnen vaststellen dat onder bepaalde gebruiksomstandigheden met apparaten voor het vervagen van stroming, polyethyleenglycoloplossingen en oplossingen van andere polymeren vormen geen druppels, maar fragmenteren in fijne 'draadjes' die, wanneer gedragen door een luchtstroom, strekken zich uit als ze de verstuiver verlaten. De diameter van deze filamenten wordt verkleind, gedeeltelijk omdat polyethyleenglycol een afschuifverdunnende visco-elastische vloeistof is. Dit betekent dat wanneer het zich uitstrekt, het wordt minder stroperig, zodat het steeds gemakkelijker wordt om uit te rekken, " legt Luis Modesto López uit, Leraar van de Universiteit van Sevilla en auteur van de studie.

Polymeervezels bij 3 kg/uur

Polymeren komen veel voor in commerciële producten. Een van de meest voorkomende natuurlijke polymeren zijn zijde, kurk, cellulose en zetmeel. Synthetische polymeren worden over het algemeen gevonden als bekledingen die specifieke functionaliteit bieden aan materialen, bijvoorbeeld, door ze bestand te maken tegen vocht of corrosie.

"In de wereld van vandaag, er is grote wetenschappelijke en technologische belangstelling voor het gebruik van polymeervezels om:kaders te maken voor het ontwerp van kunstmatige biocompatibele materialen, oppervlakken met antibacteriële eigenschappen, materialen voor gerichte medicijnafgifte, beschermende textielmaterialen die bepaalde stoffen kunnen blokkeren, of als versterkingsmateriaal. Echter, fabricage van deze materialen op industriële schaal betekent dat ze in grote hoeveelheden moeten worden gemaakt. Deze studie is van bijzonder belang omdat het een basis vormt voor de ontwikkeling van een nieuw proces dat het mogelijk zal maken om filamenten en polymeervezels op verhoogde niveaus te produceren, van de orde van 3 kg/uur met behulp van een eenvoudige vernevelaar, terwijl met de meest voorkomende technieken die momenteel worden gebruikt, ze worden geproduceerd met een snelheid van 1g/uur, ’, vult de onderzoeker aan.

Een andere toepassing zou kunnen zijn op het gebied van 3D-printen, aangezien deze technologie een polymeer beheert. In aanvulling, de studie heeft een breed scala aan toepassingen op het gebied van materiaalwetenschap, omdat het de deuren opent voor de productie van een uitgebreide verscheidenheid aan samengestelde materialen.