PROPUESTA DE PROYECTO PARA TRABAJO DE GRADO

1. FECHA DE PRESENTACIÓN:   20 - 11 - 2015

1. IDENTIFICACIÓN DEL PROYECTO TITULO:

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO PARA UN EQUIPO EXPERIMENTAL DE ELECTROHILADO POR CENTRIFUGADO DE NANOFIBRAS POLIMÉRICAS.

LINEA DE PROFUNDIZACION:        Desarrollo tecnológico y experimental.

1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Debido a sus innovadoras aplicaciones, las nano y microfibras poliméricas han despertado el interés de los investigadores en las últimas décadas, para su preparación se han desarrollado algunas técnicas como lo son: separación de fases, autoensamble, extrusión continua, electrospinning entre otras. Entre éstas, la técnica del electrospinning, es la técnica más prometedora y versátil para la producción de redes de nano y microfibras1. Actualmente las investigaciones se han centrado en el desarrollo de nanofibras de polímeros biodegradables como el poli-ácido láctico (PLA), las cuales presentan grandes ventajas mecánicas y morfológicas para ser utilizadas como andamios para controlar y dirigir la reconstrucción de tejidos en el cuerpo humano2. Además, aprovechando sus excelentes propiedades físicas, químicas mecánicas y biológicas, y debido a su diámetro manométrico y al perfeccionamiento en

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1  L. Amalorpava Mary1, T. Senthilram1, S. Suganya1, L. Nagarajan1 J. Venugopal2, S. Ramakrishna2, V. R. Giri Dev (2012).

Centrifugal spun ultrafine fibrous web as a potential drug delivery Vehicle. eXPRESS Polymer Letters Vol.7, No.3 238–248.

1. Gómez Pachón Edwin Yesid, Montiel Campos Raúl, Moreno Rondón Eyleen Vanessa, Vera-Graziano Ricardo (2010). Diseño de un equipo de electrospinning para la fabricación de andamios de nanofibras para aplicaciones biomédicas.

su estructura interna; las nanofibras son empleadas en diferentes áreas industriales para la fabricación de sensores, separadores de baterías, transistores, almacenamiento de energía, tecnología de la información, cosméticos, prendas de vestir, entre otros3.

A pesar de que en el país la implementación de éstas tecnologías es poca, a partir del 2014 la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC), a través del grupo de investigación “Desarrollo y Aplicación de Nuevos materiales (DANUM)”, ha incursionado en estos desarrollos diseñando y construyendo un equipo de electrohilado basados en la técnica tradicional conocida como “electrohilado con inyector de aguja” con el cual están obteniendo microfibras de almidón de papa, nanofibras de celulosa y otros tipos de polímeros. Tal como se muestra en la Figura 1, éste proceso requiere básicamente de un sistema para inyectar un polímero disuelto en un solvente volátil que permita polarizar las cadenas poliméricas y controlar la viscosidad de la solución el cual posee una aguja con un diámetro menor a 1 mm, y de un colector de fibras, adicionalmente se emplea una fuente de tensión en DC con la cual se aplica una diferencia de potencial que puede variar entre 1 y 60 kV entre la aguja (boquilla) y el colector; el campo eléctrico generado toma la gota presente en la punta de la aguja y forma una fibra dirigida hacia el colector, en función del diseño de éste y demás factores geométricos, aspectos electrorreológicos, de transporte de masa y energéticos; el resultado del proceso de electrohilado suele ser una malla de nano o microfibras aleatorias, alineadas o en forma de membrana4.

Figura 1. Sistema representativo del electrospinning.

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Fuente: Franky Asael Prado Amaro (2014). Diseño de un minisistema electrospinning. Centro de investigación en ciencia aplicada y tecnología avanzada, ipn. Universidad Tecnológica de Querétaro.

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1. Jayaraman K, Kotaki M, Zhang Y, Mo X, Ramakrishna S (2004). Recent advances in polymer nanofibers. J Nanosci Nanotechnol 4: 52–65.

1. Wang, Huan-Sheng Chien, Kuo-Wei Yan, Chien-Lin Hung(2009). Correlation between processing parameters and microstructure of electrospun poly (d,llactic acid) nanofibers. National Cheng Kung University, Taiwan.

Aún en la actualidad la implementación del proceso de electrohilado se encuentra muy limitada especialmente en el sector industrial, principalmente por inconvenientes como la baja tasa de producción; puesto que para la obtención de una membrana de 60 micras de espesor es necesario invertir un tiempo muy alto que puede superar las 10 horas haciendo el proceso muy ineficiente por el consumo energético que puede llegar a tener el equipo, además se presentan dificultades para obtener nanofibras alineadas con diámetros controlados.

En muchas partes del mundo se están realizando investigaciones para sustituir la técnica tradicional de electrospinning, lo cual ha llevado a encontrar otras alternativas como lo son el hilado forzado y las técnicas rotacionales con las cuales se intentan producir fibras alineadas sin la aplicación de alto voltaje, de éstas se pueden mencionar algunas nuevas propuestas experimentales que se han presentado, como lo son el centrifugal spinning (hilado por centrifugado), el ball spinning (hilado por esferas), el needless electrospinning (electrohilado sin aguja) y el electrohilado con campos magnéticos.

En Colombia éstas técnicas aún no se registran datos de su conocimiento tanto en las universidades como en el sector industrial, es por esto que son no se conocen las proyecciones de desarrollar productos relacionados con las nanofibras, de igual forma se visualiza que las investigaciones relacionadas con el tema que se llevan a cabo tanto a nivel nacional y regional se encuentran totalmente dependientes y limitadas por las condiciones del desarrollo de equipos de electrohilado de otros países.

Haciendo una revisión detallada de las nuevas propuestas mencionadas anteriormente, se encontró que con el centrifugal electrospinning (electrohilado por centrifugado) técnica que actualmente se encuentra en fase experimental, se podría aumentar significativamente la tasa de producción de nano y microfibras debido a la múltiple inyección de polímero y a las altas velocidades de rotación a las que se ven sometidas las boquillas tal como se muestra en la Figura 2 , además resulta interesante conocer la afectación de cada uno de los parámetros en las propiedades de las fibras debido a que la técnica se basa en la combinación de tres fenómenos físicos como lo son: eléctricos, mecánicos e hidráulicos.

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