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Perché l'elettrofilatura può creare nuovi materiali in un ambiente non tossico? Qual è la scienza dietro?
Con la crescente consapevolezza della tutela ambientale, molti settori produttivi si impegnano a trovare processi di lavorazione dei materiali non tossici. La tecnologia di elettrofilatura a fusione è uno dei leader. Questa tecnologia non solo può produrre efficacemente strutture fibrose, ma anche farlo senza utilizzare solventi volatili, offrendo nuove possibilità al settore.
Contesto storico della tecnologia dell'elettrofilatura a fusione
La tecnologia dell'elettrofilatura a fusione fu brevettata per la prima volta da Charles Norton nel 1936. Tuttavia, fu solo nel 1981 che Larondo e Manley descrissero la tecnologia in dettaglio in tre articoli di ricerca. Con l'approfondimento della ricerca scientifica, questa tecnologia ha attirato nuovamente l'attenzione nel 2001 e sono stati condotti numerosi studi applicativi. Nel 2011, la combinazione della tecnologia di elettrofilatura a fusione e di collettori mobili è stata ufficialmente proposta come nuovo metodo di stampa 3D.
Principi di base della tecnologia dell'elettrofilatura a fusione
I principi fisici di base dell'elettrofilatura a fusione sono gli stessi della trafilatura elettrostatica delle fibre, ma utilizza un polimero fuso anziché una soluzione. I polimeri fusi sono generalmente più viscosi delle soluzioni, consentendo ai getti elettricamente polarizzati di seguire percorsi prevedibili. I getti fusi richiedono un raffreddamento per solidificarsi, anche in contrasto con l'elettrofilatura in soluzione, che si basa sull'evaporazione.
Parametri chiave dell'elettrofilatura a fusione
Temperatura
Per garantire la completa fusione del polimero è necessario mantenere una temperatura minima adeguata. La lunghezza del rotatore è inferiore a quella dell'elettrofilatura in soluzione, anche questo è un fattore che non può essere ignorato.
Traffico
Il parametro più importante che controlla il diametro della fibra è la portata del polimero attraverso lo spinner. In generale, maggiore è la portata, maggiore è il diametro della fibra.
Peso molecolare
Il peso molecolare del polimero determina anche se può essere elettrofilato allo stato fuso. I polimeri lineari omogenei inferiori a 30.000 g/mol daranno come risultato una scarsa qualità delle fibre, mentre pesi molecolari elevati superiori a 100.000 g/mol avranno difficoltà a fluire attraverso lo spinner.
Tensione
La regolazione della tensione ha un effetto minimo sul diametro della fibra, ma è necessaria per garantire una tensione ottimizzata per produrre fibre di alta qualità.
Apparecchiature per elettrofilatura per fusione
È disponibile una varietà di design per la produzione di macchine per elettrofilatura per fusione, con apparecchiature montate sia verticalmente che orizzontalmente e una varietà di opzioni di fonti di calore tra cui riscaldatori elettrici, gas caldo e riscaldatori a circolazione.
Materiali polimerici coinvolti
La tecnologia di elettrofilatura a fusione viene utilizzata principalmente per polimeri con punti di fusione o temperature di transizione vetrosa. I comuni polimeri elettrofilati fusibili includono:
Policaprolattone, acido polilattico, poli(acido lattico-acido glicolico), polimetacrilato, polietilene, polipropilene, ecc.
Applicazione dell'elettrofilatura a fusione
Ingegneria dei tessuti
Nella produzione di materiali biomedici, l'elettrofilatura a fusione è ampiamente utilizzata nella ricerca sull'ingegneria dei tessuti perché non richiede l'uso di solventi. Le fibre realizzate utilizzando la tecnologia di elettrofilatura a fusione possono formare una buona impalcatura per le cellule, promuovendo così la crescita cellulare e la formazione di matrice esterna.
Consegna di farmaci
La tecnologia di elettrofilatura a fusione può anche preparare fibre caricate con farmaci. Questa nuova tecnologia di formulazione può svolgere un ruolo importante nel controllo della solubilità dei farmaci e combina i vantaggi dell’estrusione del solvente e dell’elettrofilatura.
Scrittura elettrofilatura fusa (MEW)
L'elettrofilatura a fusione è un metodo di stampa 3D che consente la deposizione precisa delle fibre per produrre strutture complesse controllando la velocità di movimento del collettore.
Prospettive future
Il continuo sviluppo della tecnologia di elettrofilatura a fusione offre possibilità illimitate per la creazione di nuovi materiali, che non solo cambieranno il volto della scienza dei materiali, ma potrebbero anche avere un profondo impatto sull'ottimizzazione ambientale. Tuttavia, mentre facciamo avanzare le nuove tecnologie, dovremmo anche pensare a: la futura tecnologia dei materiali potrà davvero integrarsi con lo sviluppo sostenibile e apportare benefici all’umanità?
