Nanofibras produzidas por eletrofiação são patenteadas por brasileiros

Alex Sander Alcântara - Agência Fapesp - 01/05/2009

Pesquisadores da UFSCar desenvolvem fibras nanométricas por meio de técnica que permite maior superfície de contato e melhores propriedades mecânicas. Inovação resultou em pedido de patente.
[Imagem: Fapesp]

Pesquisadores da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram uma técnica para a fabricação de nanofibras por eletrofiação, um processo que possibilita a obtenção de fibras com superfície de contato muito maior do que as produzidas normalmente.

Nanofibras têm diâmetros de bilionésimos de metro, milhares de vezes menores do que uma fibra têxtil comum. Os pesquisadores já solicitaram registro da patente da nova técnica junto ao Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI).

Eletrofiação

"A eletrofiação de nanofibras de nanocompósitos poliméricos é um processo novo. A vantagem de adicionar partículas nanométricas aos polímeros se deve à melhora substancial das propriedades mecânicas, às propriedades de barreira a diversos gases e vapores e também ao aumento da taxa de biodegradabilidade", disse Rosario Elida Suman Bretas, professora do Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCar, à Agência FAPESP.

A coordenadora dos projetos de pesquisa explica que os nanocompósitos poliméricos são materiais compostos no qual a matriz (fase em maior quantidade) é um polímero e a fase dispersa (em menor quantidade) é uma partícula inorgânica de tamanho nanométrico.

"Mas, para que ocorra essa melhoria substancial, é necessário que as nanopartículas formem uma estrutura esfoliada. Ou seja, teoricamente e idealmente, cada nanopartícula deveria estar ligada ao polímero e se encontrar bem dispersa e bem distribuída por meio de todo o polímero", disse.

Polímero com argila

Como os polímeros são extremamente viscosos, obter a esfoliação e dispersão da nanopartícula é um processo muito complexo. O grupo conseguiu eletrofiar nanocompósitos de poliamida 66 (PA66) com nanoargila montmorilonita (MMT). Por isso, foi solicitada a patente.

"Também fizemos com poliamida 6 (PA6) com MMT, policaprolactona (PCL) com MMT e polihidroxibutirato (PHB) com MMT. Estamos tentando eletrofiar poliácido láctico (PLLA) com MMT e poliuretano (PU) biodegradável com MMT, entre outros. Mas é importante ressaltar que as PA66 e PA6 não são biodegradáveis, enquanto que os polímeros PCL, PHB, PLLA e PU são biodegradáveis", disse.

O trabalho futuro de aplicação dessas nanofibras será feito em conjunto com as equipes dos professores Luc Averous, do Laboratório de Engenharia de Polímeros para Altas Tecnologias (LIPHT-ECPM) de Estrasburgo, França, e de Rodrigo Lambert Oréfice, do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da UFMG.

Aplicações das nanofibras

A professora da UFSCar explica que as nanofibras possuem a vantagem de terem uma área superficial extremamente elevada. São aplicáveis em diversas áreas, como medicina - em enxertos de pele artificial, suportes para crescimento celular de órgãos in situ, suportes para crescimento celular, crescimento de vasos capilares, liberação de fármacos e filtração de vírus e bactérias - ou engenharia, por exemplo, na filtração de partículas micrométricas em tecidos especiais.

Como funciona a eletrofiação

A eletrofiação é um processo que consiste na aplicação de forças eletrostáticas e de arraste para produzir fibras interligadas e com diâmetros muito pequenos, na ordem de nanômetros. O método consiste em aplicar um campo elétrico elevado a uma solução do polímero contida dentro de um capilar.

"Quando o campo elétrico se torna maior do que a tensão superficial da solução, esta sai na forma de um jato do capilar o qual, devido às instabilidades de origem viscoelástica, divide-se em milhares de nanofibras", disse Rosario, acrescentando que fazer nanofibras pelos métodos convencionais usados em fibras têxteis é muito difícil.

As vantagens do novo método, segundo ela, são a obtenção de fibras de diâmetro nanométrico que não podem ser obtidas por outro método convencional de fiação e a utilização de solventes não-tóxicos.

"Mas nem todos os polímeros são facilmente solúveis como o polietileno e o polipropileno. E a produção em grandes quantidades ainda é limitada e há necessidade de proteção contra descargas elétricas", ressaltou.

Nanocompósitos

Rosario conta que essa foi a primeira vez que se produziu no Brasil nanofibras de nanocompósitos com a nova técnica. "É necessário lembrar que a obtenção dos nanocompósitos, no nosso caso, foi feita pelo processo de intercalação no estado fundido. A produção em grande escala é viável, mas não temos feito estudos sobre esse aspecto", disse.

O processo de intercalação no estado fundido consiste em misturar as nanopartículas com o polímero fundido. Existem outros dois métodos: intercalação por dissolução e intercalação por polimerização in situ.

"O método do fundido é o mais simples tecnicamente; porém, como os polímeros são extremamente viscoelásticos é muito difícil fazer a mistura e esfoliar as nanopartículas. Isso se deve porque o processo requer equipamentos de mistura que exerçam elevadas forças sobre as nanopartículas e o polímero (para fazer a esfoliação) e que permitam o aquecimento dos mesmos (para fazer a distribuição homogênea das nanopartículas através de todo o polímero)", explicou a professora da UFSCar.

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