Characterization of an Electrospinning Process using Different PAN/DMF Concentrations

Caracterización de un proceso de electrospinning utilizando diferentes concentraciones de PAN/DMF

Hemos llevado a cabo una extensa caracterización de un proceso de electrospinning para evaluar cómo los parámetros del proceso y las características de la solución precursora afectan a la morfología de las fibras. El trabajo se llevó a cabo utilizando soluciones precursoras con diferentes concentraciones de poliacrilonitrilo (PAN) diluidas en una cantidad fija de N,N dimetilformamida (DMF). Las fibras obtenidas con este proceso pueden encontrar importantes aplicaciones en el campo de los nanosensores. Se analizaron las características de las fibras electrohiladas en función de la viscosidad de la solución, el voltaje aplicado y la distancia entre la punta de la aguja (electrodo positivo) y la placa colectora (electrodo conectado a tierra). Se monitorizó la corriente eléctrica durante el proceso de deposición y se correlacionó su comportamiento con las características de las fibras obtenidas. 

Nuestros resultados demuestran que el diámetro de las fibras aumenta al aumentar la viscosidad y el voltaje aplicado. El número de fibras depositadas también aumenta con el voltaje aplicado. Además, la viscosidad y el voltaje aplicado afectan en gran medida a la forma, la longitud y la morfología de las fibras. De particular interés, demostramos que controlando la corriente eléctrica es posible controlar la morfología de las fibras y la concentración de microesferas. La distancia entre la punta y la placa colectora determina la forma en que las fibras llegan a la placa colectora. Una de las principales aportaciones de este estudio fue la definición de las condiciones para obtener de forma controlable fibras que sean lisas y que presenten diámetros comprendidos entre 140 y 300 nm.

INTRODUCCIÓN

El proceso de electrospinning ha sido ampliamente utilizado para producir filtros, membranas y aplicaciones ópticas y electrónicas, entre otras. Es un proceso fácil y rentable para obtener microfibras y nanofibras[1-3]. Huang et al.[1] comparan en detalle esta técnica con otras utilizadas para obtener fibras poliméricas y, además, dan amplia información sobre el uso de diferentes tipos de polímeros con electrospinning. Trabajos recientes han demostrado la viabilidad de obtener la autoalineación de fibras y estructuras (normalmente almohadillas para contacto eléctrico) previamente definidas en el sustrato[4,5].

El proceso de electrospinning, representado en la Figura 1, se produce cuando las fuerzas eléctricas en la superficie de una solución polimérica superan la tensión superficial y provocan la expulsión de un chorro cargado eléctricamente[4,5]. El disolvente se evapora cuando el chorro está en el aire, dejando tras de sí fibras poliméricas cargadas que se depositan sobre un electrodo metálico colector[8]. Es bien sabido que la morfología de las fibras resultantes está determinada por un efecto sinérgico de los parámetros de la solución y las fuerzas electrostáticas[9].