Tipos de coletores e as Morfologias das fibras

O tipo de coletor influencia na morfologia e nas propriedades das fibras eletrofiadas (NAJEM, 2009). Tradicionalmente, um coletor metálico retangular estático atribui à morfologia da manta, orientações aleatórias das fibras, formando estruturas completamente porosas (TEO & RAMAKRISHNA, 2006). Por outro lado, fibras alinhadas podem melhorar as propriedades mecânicas, elétricas e ópticas, quando comparadas com as fibras aleatórias, além disso, amplia a

12

aplicação dessas fibras em várias áreas (NAJEM, 2009; KISELEV & LLOMPART, 2012; HAIDER et al., 2013). Vários métodos têm sido desenvolvidos para promover o alinhamento das fibras tais como barras magnéticas paralelas, fios metálicos paralelos, coletor com malhas metálicas, coletor cilíndrico rotativo, disco rotativo, placas estáticas paralelas e outros (NAJEM, 2009; COSTA et al., 2012; PILLAY et al., 2013).

Segundo Najem (2009), os coletores mais utilizados para a obtenção das fibras alinhadas, são as placas estáticas paralelas, os coletores cilíndricos e disco rotativo, onde cada tipo de coletor apresenta vantagens e desvantagens.

O coletor cilíndrico rotativo é mais produtivo para obtenção das fibras alinhadas, além disso, o alinhamento e o diâmetro das fibras podem ser controlados pela velocidade de captação do coletor. Na prática, com velocidades muito baixas são obtidas fibras aleatórias, e com o aumento da rotação do cilindro, as fibras vão se depositando de forma alinhada sobre o coletor, devido às forças tangenciais geradas na superfície do cilindro com a elevada rotação, contudo, velocidades muito elevadas no coletor podem romper as fibras (NAJEM, 2009).

O coletor com disco rotativo é similar ao coletor cilíndrico, mas a qualidade do alinhamento das fibras é mais elevada quando comparada com outros métodos. Entretanto, as quantidades de fibras alinhadas coletadas da extremidade do disco, são muito menores quando comparada com o coletor cilíndrico rotativo (NAJEM, 2009). As placas paralelas é o método mais simples dentre os métodos citados acima. O alinhamento das fibras ocorre pelas forças eletrostáticas repulsivas no intervalo entre as placas, que facilita o alinhamento das fibras (NAJEM, 2009).

Na preparação das fibras alinhadas, o coletor rotativo é o mais utilizado (NAJEM, 2009). Kiselev & Llompart (2012) utilizaram coletor rotativo e obtiveram fibras alinhadas de poli (óxido de etileno) (PEO), além disso, mostraram que com um aumento da velocidade do coletor, a redução dos diâmetros das fibras foi observada. Haider e colaboradores (2013) por meio da mesma técnica, conseguiram controlar o alinhamento e o diâmetros das fibras de quitosana.

13

Segundo Alcobia (2013), o alinhamento das fibras eletrofiadas está relacionado com a velocidade na superfície do coletor rotativo e, a velocidade de chegada das fibras eletrofiadas ao coletor. Entretanto, a velocidade de chegada das fibras ao coletor, envolve uma série de eventos que influenciam outros parâmetros, como: (i) taxa de evaporação do solvente, que por sua vez está relacionada com a temperatura e o tipo de solvente; (ii) condutividade elétrica da solução polimérica, que implica na diferença de potencial aplicada ou a adição de aditivos; (iii) viscoelasticidade da solução; e (iv) concentração da solução e a corrente elétrica do jato (TEO, 2015).

O alinhamento das fibras pelo coletor cilíndrico rotativo, influencia na estrutura nas fibras coletadas. As forças de cisalhamento e elongacionais aplicadas no jato durante a eletrofiação, assim como a força centrifuga na superfície do coletor rotativo, permitem a orientação das fibras e das cadeias poliméricas ao longo do eixo axial das fibras. Estudos relatados por Najem (2009) mostraram que fibras alinhadas são formadas por várias nanofibrilas paralelas na direção axial das fibras, e esta microestrutura está relacionada com a cristalinidade das cadeias durante a eletrofiação e com a taxa de evaporação do solvente.

Geralmente, a cristalinidade das fibras alinhadas é mais elevada quando comparadas com a cristalinidade do pelllet. Além disso, a velocidade de captação do coletor rotativo aumenta a cristalinidade das fibras, assim como polímeros dúcteis tem a capacidade de cristalizar durante a eletrofiação e após a formação e deposição das fibras no coletor (NAJEM, 2009).

2.2 Poli (ε-caprolactona)

A Poli (caprolactona) (PCL) é um biopolímero sintético biodegradável e bioreabsorvível da família poliéster alifático. É um polímero semicristalino, com alta ductilidade e apresenta boa solubilidade, o peso molecular está entre 3000 a 80000 g/mol, enquanto a temperatura de degradação está em torno de 350 °C (AZIMI et al., 2014). Segundo Wurth, Blumenthal e Shastri

14

(2014) a temperatura de fusão (Tm) deste polímero está entre 56 a 65 °C e sua temperatura de

transição vítrea (Tg) apresenta-se na faixa de -56 a -65 °C.

Conforme Azimi et al. (2014), a PCL tem sido aplicada frequentemente em próteses, fios de sutura e sistemas de liberação controlada de fármacos. O interesse se dá principalmente pelos seguintes motivos: aprovado pelo “Food and Drug Administration – FDA”, biodegradabilidade, compatibilidade com outros polímeros, boa processabilidade para variadas estruturas, fácil processamento no estado de fusão, pois apresenta boa estabilidade térmica, é relativamente de baixo custo. A Figura 2.3 mostra a estrutura química da PCL.

Figura 2-3. Estrutura química da poli (caprolactona) (PCL).

2.3 Surfactante

A palavra surfactante é proveniente do termo “surface active agent”, que significa agente de atividade superficial. Os surfactantes são compostos orgânicos, caracterizados por moléculas anfifílicas, conhecidos também como tensoativos. O termo anfifílico vem da palavra grega amphi, que significa “dois lados” ou “de dois tipos”, e do grego philos, que significa “amizade”, “afinidade”, “atração”. Na concepção físico-química, os surfactantes apresentam diferentes polaridades em suas extremidades, a parte polar tem afinidade com substâncias hidrofílicas (“cabeça”) e a apolar apresenta afinidade com substâncias hidrofóbicas (“cauda”) (BOUVRAIS, 2011; ROSEN & KUNJAPPU, 2012). Na Figura 2.4 está apresentada a estrutura molecular de um surfactante.

15

Figura 2-4. Ilustração esquemática de um surfactante.

Fonte: Adaptado de (HOLMBERG et al., 2002).

Em uma solução polímero/surfactante, geralmente é observada a auto associação cooperativa entre eles, em outras palavras, é observada a formação de uma agregação acima de uma determinada concentração, denominada concentração de agregação crítica (CAC). Esta, geralmente possui um valor menor de concentração da substância em relação à concentração micelar crítica (CMC) (LIN et al., 2004). Esta última concentração é bastante utilizada em sistemas como emulsão e microemulsão, onde é definida como a concentração mínima para que ocorra a formação de micelas em um sistema líquido hidrofóbico/hidrofílico (MISHRA et al., 2009).

Com relação às soluções poliméricas, os surfactantes agem fundamentalmente na interação entre solvente/polímero e polímero/polímero via interações eletrostáticas e/ou hidrofóbica, por meio de ligações de hidrogênio (HU et al., 2015).

Surfactantes são moléculas que apresentam propriedades capazes de alterar a tensão superficial, condutividade elétrica, dependendo do tipo de surfactante, e a viscosidade da solução (HU et al., 2015). Outro papel importante na utilização de surfactantes é a capacidade da modificação superficial que as moléculas causam nos materiais (MYERS, 2005; ROSEN & KUNJAPPU, 2012; HU et al., 2015).

A estrutura dos surfactantes é representada por R-X, onde R são as cadeias de hidrocarbonetos, geralmente são cadeias lineares e variam de 8 – 18 átomos, X é o grupo polar da molécula. A classificação dos surfactantes está associada com o tipo de carga iônica presente na estrutura hidrofílica da molécula (grupo polar) ou a ausência destas cargas. Os surfactantes catiônicos apresentam cargas positivas na sua estrutura polar, os aniônicos apresentam cargas

16

negativas, enquanto que os não-iônicos não apresentam cargas. Existem também os surfactantes anfóteros que apresentam em sua estrutura hidrofílica, tanto cargas positivas como cargas negativas (MYERS, 2005; ROSEN & KUNJAPPU, 2012).