Melhorando as propriedades mecânicas do flash

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 18030 (2022) Citar este artigo

902 acessos

1 Altmétrica

Detalhes das métricas

O nãotecido flash spun (FS-NW) está ganhando atenção no campo de PPE devido à sua excelente barreira e propriedades mecânicas resultantes de sua distribuição de diâmetro não uniforme e morfologia de filamento única. A estrutura de rede única de filamentos flash-spun (FSF) que compreende o FS-NW pode ser controlada pelo comportamento de separação de fase no processo de fluido supercrítico (SCF). Este estudo propõe um método simples para controlar a microestrutura de FSFs controlando o processo de separação de fase induzida por pressão (PIPS) em solução de polímero/SCF. Este comportamento de separação de fases de uma solução HDPE/SCF foi confirmado usando uma célula de visualização de alta pressão. Também foi projetado um bocal de vários estágios que permite que a pressão separada por fases forme diferentes fases. HDPE-FSFs foram sintetizados por flash-spinning, e sua morfologia, cristalinidade e propriedades mecânicas foram investigadas. Os resultados demonstraram que os filamentos obtidos pelo controle PSP a 220 °C e com concentração de PEAD de 8% em peso apresentaram uma estrutura em rede composta por filamentos, cujos diâmetros variaram de 1,39 a 40,9 μm. O FSF ótimo foi obtido a 76 bar, com cristalinidade de 64,0% e tenacidade de 2,88 g/d. O método PIPS pode, portanto, controlar efetivamente a microestrutura de forma mais viável do que as técnicas induzidas por temperatura ou solvente e pode permitir a síntese eficaz de vários produtos.

A segurança e o bem-estar das pessoas na sociedade moderna são vulneráveis ​​a fatores que ameaçam o corpo humano, como poluição do ar severa, patógenos e vírus. A nova doença do coronavírus (COVID-19) é um exemplo notável desse fenômeno, pois causou uma pandemia global desde que foi observada pela primeira vez em 2019 e continua a cobrar um tributo humano significativo1,2. Os vírus geralmente se espalham por pequenos aerossóis (geralmente definidos como < 5 µm) ou por gotículas respiratórias maiores expelidas ao tossir, espirrar ou respirar3,4. Portanto, o desenvolvimento de equipamentos de proteção individual (EPI) para prevenir a propagação da infecção e proteger tanto os pacientes quanto os trabalhadores médicos de exposições perigosas está ganhando cada vez mais importância.

Geralmente, o EPI é usado para minimizar a exposição a riscos que podem causar lesões e doenças graves no local de trabalho, e pode incluir itens desde luvas e óculos de segurança até sapatos, protetores auriculares, capacetes, respiradores e roupas de corpo inteiro5,6,7. O material de EPI requer certas características, como resistência mecânica/estrutural considerável que pode suportar atividades extenuantes, propriedades de barreira contra o ambiente externo e filtragem de poluentes6,7. Entre os materiais usados ​​para construir EPI, o não tecido de micro/nanofibra é atualmente muito popular como um componente essencial de equipamentos de proteção respiratória ou de corpo inteiro. Os nãotecidos de micro/nanofibras têm uma alta eficiência de filtração devido a várias propriedades vantajosas, como pequeno diâmetro da fibra, grande área de superfície em relação ao volume, alta porosidade e boa conectividade interna6,8,9,10. Esses não-tecidos são geralmente obtidos através de processos spun-bond ou fundidos amplamente praticados que permitem excelente permeabilidade ao ar e eficiência de filtração. No entanto, é um desafio obter produtos com resistência mecânica capazes de lidar com atividades humanas vigorosas por meio desses métodos.

O tecido nãotecido flash spun (FS-NW) está atraindo a atenção como um material de EPI promissor devido às suas excelentes características funcionais, como alta resistência à tração e ao rasgo e propriedades à prova d'água permeáveis ​​à umidade7,11. O tecido FS-NW consiste em microfibras com uma distribuição de diâmetro variando de dezenas de micrômetros a centenas de nanômetros, resultando em maior resistência à tração e ao rasgo do que o tecido não tecido spun-bond típico com um diâmetro de fibra ≥ 10 μm e propriedades de barreira comparáveis ​​às de membranas poliméricas11,12,13. A morfologia do filamento de rede, atribuída ao processo de fiação flash, permite essas propriedades únicas do FS-NW. Flash-spinning é um processo de ponta para a produção de tecido não tecido fiado por fusão, utilizando um processo de fluido supercrítico (SCF)12,14,15,16. Os SCFs podem ser usados ​​como meios altamente eficazes no processamento de polímeros, pois exibem densidade e solubilidade semelhantes a líquidos, ao mesmo tempo em que possuem propriedades de transporte semelhantes a gases. Além disso, o comportamento de fase de suas soluções pode ser fácil e convenientemente controlado por mudanças de temperatura e pressão17. No processo de fiação rápida, um polímero é dissolvido em um SCF de alta pressão e temperatura (HPT) e depois girado por meio de ejeção instantânea em pressão e temperatura normais (NPT)12,15,16,18. Preparada por pressão espontânea durante o aquecimento da mistura polímero-solvente, esta solução monofásica de polímero/SCF se separa por uma diminuição na pressão e subsequentemente ejeta através de um orifício em uma região de pressão e temperatura substancialmente mais baixas (geralmente NPT) para formar a FSF12,16 ,18. A separação de fases na mistura SCF durante este procedimento pode levar a mudanças estruturais profundas nos filamentos de fiação rápida (FSF), cuja extensão depende dos parâmetros do processo, como temperatura, pressão e concentração. Embora estudos sobre o comportamento de separação de fases em soluções de polímero/SCF estejam sendo conduzidos19,20,21, é difícil aplicar a abordagem de pesquisa ao processo real de fiação rápida, portanto, estudos sistemáticos sobre o efeito do comportamento de fase nas propriedades materiais do produto resultante são insuficientes.