Polímeros: Ciência e Tecnologia
https://revistapolimeros.org.br/article/doi/10.1590/S0104-14282012005000026
Polímeros: Ciência e Tecnologia
Scientific & Technical Article

Eletrofiação de Polímeros em Solução. Parte I: Fundamentação Teórica

Electrospinning of Polymers in Solution. Part I: Theoretical Foundation

Mattoso, Luiz H. C.; Ribeiro, Cauê; Medeiros, Eliton S. de; Picciani, Paulo H. de S.; Paula, Gustavo F. de; Oliveira, Juliano E. de; Costa, Rodrigo G. F.

Downloads: 2
Views: 1788

Resumo

A técnica de eletrofiação é conhecida desde a década de 1930, porém, somente com o advento das novas aplicações da nanotecnologia esta importante técnica foi re-descoberta. As potencialidades de nanofibras, de tamanhos da ordem de 50 a 500 nm e com extensão micrométrica, têm sido investigadas para diferentes materiais, com resultados promissores em diferentes aplicações. Nesta primeira parte, este trabalho de revisão propôs-se a detalhar as bases fundamentais do processo de eletrofiação. São descritas as influências das variáveis de processo, como campo aplicado, distância de trabalho, velocidade de rotação do coletor e de injeção da solução. Variáveis associadas ao sistema, como tipo de solvente e polímero de interesse, também são discutidas.

Palavras-chave

Eletrofiação, polímeros, nanofibras, parâmetros do processo, parâmetros da solução

Abstract

The electrospinning technique has been known since the 1930s, but only with the advent of new nanotechnology applications this technique was re-discovered and became important for production of nanomaterials. The potential for obtaining different nanofibers with sizes ranging from 50 to 500 nm and micrometer length has been investigated for different materials, with promising results in different applications. The first part of this review is aimed at describing the fundamentals of the electrospinning process. We describe the influence of process variables such as applied field, working distance, speed of rotation of the collector and solution injecting flow rate. The variables associated to this system, such as type of solvent and polymer of interest, are also discussed.

Keywords

Electrospinning, polymers, nanofibers, process parameters, solution parameters

References

1. Brannonpeppas, L. – Int. J. Pharm., 116, p.1 (1995).

2. Reneker, D. H. & Yarin, A. L. - Polymer, 49, p.2387 (2008). http:// dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2008.02.002

3. Fomhals, A. – “Artificial Fiber Construction”, Patente US2109333 (1938).

4. Doshi, J. & Reneker, D. H. - J. Electrostat., 35, p.151 (1995). http:// dx.doi.org/10.1016/0304-3886(95)00041-8

5. McCann, J. T.; Li, D. & Xia, Y. N. - J. Mater. Chem., 15, p.735 (2005). http://dx.doi.org/10.1039/b415094e

6. Picciani, P. H. S.; Soares, B. G.; Medeiros, E. S.; Souza Junior, F. G.; Wood, D. F.; Orts, W. J. & Mattoso, L. H. C. - Macromol. Theor. Simul., 18, p.528 (2009). http://dx.doi.org/10.1002/mats.200900053

7. Costa, R. G. F.; Ribeiro, C. & Mattoso, L. H. C. - J. Nanosci. Nanotechno., 10, p.5144 (2010). http://dx.doi.org/10.1166/jnn.2010.2405

8. Feng, J. J. - Phys. Fluids, 14, p.3912 (2002). http://dx.doi. org/10.1063/1.1510664

9. Hohman, M. M.; Shin, M.; Rutledge, G. & Brenner, M. P. - Phys. Fluids, 13, p.2201 (2001). http://dx.doi.org/10.1063/1.1383791

10. Yarin, A. L.; Chase, G. G.; Liu, W.; Doiphode, S. V. & Reneker, D. H. - Aiche J., 52, p.217 (2006). http://dx.doi.org/10.1002/aic.10661

11. Yarin, A. L.; Koombhongse, S. & Reneker, D.H. - J. Appl. Phys., 90, p.4836 (2001).

12. Feng, J. J. - J. Non-Newton. Fluid, 116, p.55 (2003).

13. Han, T.; Reneker, D. H. & Yarin, A. L. - Polymer, 48, p.6064 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.08.002

14. Han, T.; Reneker, D. H. & Yarin, A. L. - Polymer, 49, p.2160 (2008). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2008.01.048

15. Han, T.; Yarin, A. L. & Reneker, D. H. - Polymer, 49, p.1651 (2008). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2008.01.035

16. Shin, Y. M.; Hohman, M. M.; Brenner, M. P. & Rutledge, G. C. - Appl. Phys. Lett., 78, p.1149 (2001). http://dx.doi.org/10.1063/1.1345798

17. Shin, Y. M.; Hohman, M. M.; Brenner, M. P. & Rutledge, G. C. - Polymer, 42, p.9955 (2001). http://dx.doi.org/10.1016/S0032- 3861(01)00540-7

18. Yarin, A. L.; Koombhongse, S. & Reneker, D. H. - J. Appl. Phys., 89, p.3018 (2001).

19. Hohman, M. M.; Shin, Y. M.; Rutledge, G. C. & Brenner, M. P. - Phys. Fluids, 13, p.2221 (2001). http://dx.doi.org/10.1063/1.1384013

20. Reneker, D. H.; Yarin, A. L.; Fong, H.& Koombhongse, S. - J. Appl. Phys., 87, p.4531,(2000). http://dx.doi.org/10.1063/1.373532

21. Reneker, D. H.; Yarin, A. L.; Zussman, E. & Xu, H. - Adv. Appl. Mech., 41, p.43 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/S0065-2156(07)41002-X

22. Thompson, C. J.; Chase, G. G.; Yarin, A. L. & Reneker, D. H. - Polymer, 48, p.6913 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.09.017

23. Zeleny, J. - Phys. Rev., 3, p.69 (1914).

24. Zeleny, J. - Phys. Rev., 16, p.102 (1920).

25. Taylor, G. - Proc. R. Soc. Lond. A, 313, p.453 (1969). http://dx.doi. org/10.1098/rspa.1969.0205

26. Baumgarten, P. K. - J. Colloid Interf. Sci., 36, p.71 (1971). http:// dx.doi.org/10.1016/0021-9797(71)90241-4

27. He, J. H.; Xu, L.; Wu, Y. & Liu, Y. - Polym. Int., 56, p.1323 (2007). http://dx.doi.org/10.1002/pi.2370

28. Xu, L. - Chaos Soliton. Fract., 42, p.1463 (2009). http://dx.doi. org/10.1016/j.chaos.2009.03.054

29. Gañán, A. M. - Phys. Rev. Lett., 79, p.217 (1997).

30. Gañán,A. M. - J. Aerosol Sci., 30, p.863 (1999). http://dx.doi. org/10.1016/S0021-8502(98)00780-0

31. Spivak, A. F. & Dzenis,Y. A. - Appl. Phys. Lett., 73, p.3067 (1998). http://dx.doi.org/10.1063/1.122674

32. Spivak, A. F.; Dzenis,Y. A. & Reneker, D. H. - Mech. Res. Commun., 27, p.37 (2000). http://dx.doi.org/10.1016/S0093-6413(00)00060-4

33. Wan, Y. Q.; Guo, Q. & Pan, N. - Int. J. Nonlinear Sci., 5, p.5 (2004).

34. Ko, J. H. & Dulikravich, G. S. - Int. J. Nonlinear Sci, 1, p.247 (2000).

35. Chen, Z. H. - Int. J. Nonlinear Sci., 5, p.17 (2004).

36. He, J. H. & Wan, Y. Q. - Polymer, 45, p.6731 (2004). http://dx.doi. org/10.1016/j.polymer.2004.07.064

37. He, J. H.; Wan, Y. Q. & Yu, J. Y. - Polymer, 46, p.2799 (2005). http:// dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.01.065

38. He, J. H.; Wu, Y. & Zuo, W. W. - Polymer, 46, p.12637 (2005). http:// dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.10.130

39. He, J. H.; Wan, Y. Q. & Xu, L. - Chaos Soliton. Fract., 33, p.26 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/j.chaos.2006.09.023

40. He, J. H. - Polym. Int., 56, p.1321 (2007). http://dx.doi.org/10.1002/ pi.2388

41. Demir, M. M.; Yilgor, I.; Yilgor, E. & Erman, B. et al. - Polymer, 43, p.3303 (2002). http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(02)00136-2

42. Theron, S. A.; Yarin, A. L.; Zussman, E. & Kroll, E. - Polymer, 46, p.2889 (2005). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.01.054

43. Stanger, J.; Tucker, N. & Staiger, M. - Rapra Rev. Rep., 16, p.218 (2005).

44. Zhang, Y. Z.; Wang, X.; Feng, Y.; Li, J.; Lim, C. T. & Ramakrishna, S. - Biomacromolecules, 7, p.1049 (2006). http://dx.doi.org/10.1021/ bm050743i

45. Yang, Y.; Jia, Z.; Hou, L.; Li, Q.; Wang, L. & Guan, Z. - IEEE T. Dielect. El. In., 15, p.269 (2008). http://dx.doi.org/10.1109/TDEI. 2008.4446760

46. Kim, G. H. - J. Polym. Sci., 44, p.1426 (2006).

47. Li, D.; Wang, Y & Xia,Y. - Adv. Mater., 16, p.361 (2004). http://dx.doi. org/10.1002/adma.200306226

48. Branciforti, M. C.; Custodio, T. A.; Guerrini, L. M.; Avérous, L. & Bretas, R. E. S. - J. Macromol. Sci. B, 48, p.1222 (2009). http://dx.doi. org/10.1080/10408390903060970

49. Guerrini, L. M.; Oliveira, M. P.; Branciforti, M. C.; Custódio, T. A. &Bretas, R. E. S. - J. Appl. Polym. Sci., 112, p.1680 (2009). http:// dx.doi.org/10.1002/app.29673

50. Wang, C.; Chien, H-S.; Yan, K-W.; Hung, C-L.; Hung, K-L.; Tsai, S-J. & Jhang, H-J. - Polymer, 50, p.6100 (2009). http://dx.doi.org/10.1016/j. polymer.2009.10.025

51. McKee, M. G.; Wilkes, G. L.; Colby, R. H. & Long, T. E. - Macromolecules, 37, p.1760 (2004). http://dx.doi.org/10.1021/ ma035689h

52. Lee, K. H.; Kim, H. Y.; Bang, H. J.; Jung, Y. H. & Lee, S. G. - Polymer, 44, p.4029 (2003). http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00345-8

53. Fong, H.; Chun, I. & Reneker, D. H. - Polymer, 40, p.4585 (1999). http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00068-3

54. Lee, K. H.; Kim, H. Y.; La, Y. M.; Lee, D. R. & Sung, N. H. - J. Polym. Sci. Pol. Phys., 40, p.2259 (2002). http://dx.doi.org/10.1002/ polb.10293

55. Costa, R. G. F.; Ribeiro, C. & Mattoso, L. H. C. - Sci. Adv. Mater., 2, p.157 (2010). http://dx.doi.org/10.1166/sam.2010.1065

56. Jin, W. J.; Jeon, H. J.; Kim, J. H.; Youk, J. H. - Synthetic Met., 157, p.454 (2007). http://dx.doi.org/10.1016/j.synthmet.2007.05.011

57. Guerrini, L. M.; Branciforti, M. C.; Bretas, R. E. S. & Oliveira, M. P. - Polímeros., 16, p.286 (2006). http://dx.doi.org/10.1590/S0104- 14282006000400007

58. Cengiz, F. & Jirsak, O. - Fiber Polym., 10, p.177 (2009).

59. Jacobs, V.; Anandjiwala, R.D. & Maaza, M. - J. Appl. Polym. Sci., 115, p.3130 (2010). http://dx.doi.org/10.1002/app.31396

60. Kim, S. J.; Lee, C. K. & Kim, S. I. - J. Appl. Polym. Sci., 96, p. 1388 (2005). http://dx.doi.org/10.1002/app.21567

61. Lin, Z; Woodroof, M. D.; Ji, L; Liang, Y; Krause, W; Zhang, X. - J. Appl. Polym. Sci., 116, p.895 (2010).

62. Moghe, A. K.; Hufenus, R.; Hudson, S. M. & Gupta, B. S. - Polymer, 50, p.3311 (2010). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2009.04.063

63. Picciani, P. H. S.; Medeiros, E. S.; Pan, Z.; Orts, W. J.; Mattoso, L. H. C. & Soares, B. G. - J. Appl. Polym. Sci., 112, p.744 (2009). http:// dx.doi.org/10.1002/app.29447

64. Picciani, P. H. S.; Medeiros, E. S.; Pan, Wood, Z. D. F.; Orts, W. J.; Mattoso, L. H. C. & Soares, B. G. – Macromolec. Mat. Eng., 295, p. 618 (2010). http://dx.doi.org/10.1002/mame.201000019

65. Deitzel, J. M.; Kleinmeyer, J.; Harris, D. &Tan, N. C. B. - Polymer, 42, p.261 (2001). http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(00)00250-0

66. Gomes, D. S.; Silva, A. N. R.; Morimoto, N. I.; Mendes, L. T. F.; Furlan, R. & Ramos, I. et al. - Polimeros, 17, p.206 (2007). http:// dx.doi.org/10.1590/S0104-14282007000300009

67. Medeiros, E. S.; Mattoso, L. H.C.; Ito, E. N.; Gregorski, K. S.; Robertson, G. H.; Offeman, R.D.; Wood, D. F.; Orts, W. J.; Imam, S. H. - J. Biobased Mater. Bio., 2, p.231 (2008). http://dx.doi.org/10.1166/ jbmb.2008.411

68. Vrieze, S; Camp, T. V.; Nelvig, A.; Hagstrom, B.; Westbroek, P.; Clerck, K. D. - J. Mater. Sci., 44, p.1357 (2009).

69. Medeiros, E. S.; Glenn, G. M.; Klamczynski, A. P.; Orts, W. J.; Mattoso, L. H. C. - J. Appl. Polym. Sci., 113, p.2322 (2009). http:// dx.doi.org/10.1002/app.30275

70. Medeiros, E. S.; Mattoso, L. H. C.; Offeman, R. D.; Wood, D. F.; Orts, W. J. - Can. J. Chemistry, 86, p.590 (2008). http://dx.doi.org/10.1139/ v08-029

71. Ramakhishna, S.; Fujihara, K.; Teo, W-E.; Lim, T-C. & Ma, Z. - “An Introduction to Electrospinning and Nanofibers”, World Scientific Publishing, Singapore (2005). http://dx.doi. org/10.1142/9789812567611

72. Bazilevsky, A. V.; Yarin, A. L. & Megaridis, C. M. - Langmuir, 23, p.2311 (2007). http://dx.doi.org/10.1021/la063194q

73. Li, D. & Xia, Y. N. - Nano Lett., 4, p. 933 (2004). http://dx.doi. org/10.1021/nl049590f

74. Megelski, S.; Stephens, J. S.; Chase, D. B. & Rabolt, J. F. - Macromolecules, 35, p.8456 (2002). http://dx.doi.org/10.1021/ ma020444a

75. Bognitzki, M.; Czado, W.; Frese, T.; Schaper, A.; Hellwig, M.; Steinhart, M.; Greiner, A.; Wendorff, J. H. - Adv. Mater., 13, p.70 (2001). http://dx.doi.org/10.1002/1521-4095(200101)13:1%3C70::AIDADMA70% 3E3.0.CO;2-H

76. Bognitzki, M.; Frese, T.; Steinhart, M.; Greiner, A.; Wendorff, J. H.; Schaper, A. & Hellwig, M. - Polym. Eng. Sci., 41, p.982 (2001). http:// dx.doi.org/10.1002/pen.10799

77. Casper, C. L.; Stephens, J. S.; Tassi, N. G.; Chase, D. B. & Rabolt, J. F. - Macromolecules, 37, p.573 (2004). http://dx.doi.org/10.1021/ ma0351975

78. Dayal, P.; Liu, J.; Kumar, S. & Kyu T. - Macromolecules, 40, p.7689 (2007). http://dx.doi.org/10.1021/ma071418l

79. Koombhongse, S.; Liu, W. X. & Reneker, D. H. - J. Polym. Sci. Pol. Phys., 39, p.2598 (2001). http://dx.doi.org/10.1002/polb.10015

80. Peresin, M. S.; Habibi, Y.; Vesterinen, A-H.; Rojas, O. J.; Pawlak, J. J. & Seppälä, J. V. - Biomacromolecules, 11, p.2471 (2010). http://dx.doi. org/10.1021/bm1006689

81. Hou, H. Q.; Ge, J. J.; Zeng, J.; Li, Q.; Reneker, D. H.; Greiner, A. & Cheng, S. Z. D. - Chem. Mater., 17, p.967 (2005). http://dx.doi. org/10.1021/cm0484955

82. Li, D.; Wang, Y. L & Xia, Y. N - Nano Lett., 3, p.1167 (2003). http:// dx.doi.org/10.1021/nl0344256

83. Sundaray, B.; Subramanian, V.; Natarajan, T. S.; Xiang, R-Z.; Chang, C-C. & Fann, W-S. - Appl. Phys. Lett., 84, p.1222 (2004). http://dx.doi. org/10.1063/1.1647685

84. Yan, H.; Liu, L. Q. & Zhang, Z. - Appl. Phys. Lett., 95, p.143114 (2009). http://dx.doi.org/10.1063/1.3242378

85. Jeong, E. H.; Im, S. S. & Youk, J. H. - Polymer, 46, p.9538 (2005). http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.07.100

86. Zuo, W. W., Zhu, M.; Yang, W.; Yu, H.; Chen, Y. & Zhang, Y. - Polym. Eng. Sci., 45, p.704 (2005). http://dx.doi.org/10.1002/pen.20304

87. Zong, X. H.; Kim, K.; Fang, D.; Ran, S.; Hsiao, B. S. & Chu, B. - Polymer, 43, p.4403 (2002). http://dx.doi.org/10.1016/S0032- 3861(02)00275-6
5883717a7f8c9d0a0c8b4901 polimeros Articles
Links & Downloads

Polímeros: Ciência e Tecnologia

Share this page
Page Sections