BR112015021475B1

BR112015021475B1 - Aparelho para a produção de nanofibras curtas e pelo menos uma nanofibra curta

Info

Publication number: BR112015021475B1
Application number: BR112015021475-4A
Authority: BR
Inventors: Alessandra Sutti; Mark Kirkland; Paul Collins; Ross John George
Original assignee: Heiq Pty Ltd
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2022-02-22
Also published as: AU2014225283B2; CN105705686B; US20160010242A1; HK1215056A1; EP2964815B1; CN105705686A; CA2903879A1; US10000865B2; EP2964815A1; WO2014134668A1; KR20150133744A; KR102138083B1; JP6238176B2; EP2964815A4; CA2903879C; AU2014225283A1; BR112015021475A2; JP2016513756A

Abstract

APARELHO PARA A PRODUÇÃO DE NANOCORPOS. Um aparelho para a produção de um corpo, de preferência, um nanocorpo, através da introdução de um fluido formador de corpo em um meio de dispersão. O aparelho inclui: um alojamento para fluido, configurado para alojar o meio de dispersão; pelo menos dois trajetos de fluxo separados, ao longo dos quais o meio de dispersão corre em um fluxo laminar, pelo menos dois dos trajetos de fluxo separados convergindo em uma local de confluência; um arranjo de fluxo de fluido que, em uso, faz com que o meio de dispersão corra ao longo de cada trajeto de fluxo para o local de confluência de fluxos; pelo menos um arranjo de introdução de fluido localizado no local de na sua proximidade da confluência de fluxos configurado, em uso, para introduzir o fluido formador de corpos no meio de dispersão; e um arranjo de constrição de fluxo na proximidade de ou depois do local de confluência de fluxos, que em uso, constrição e aceleração do fluxo de meio de dispersão na proximidade de e/ou depois do local de confluência de fluxos.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA

[001] O presente pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisória australiana No. 2013900814 depositado em 6 de março de 2013, cujo conteúdo deve ser considerado como incorporado a este relatório a título de referência.

CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção se refere em linhas gerais a um aparelho para a produção de nanocorpos tais como partículas ou fibras e especialmente a nanofibras curtas. A invenção é especialmente aplicável à produção de fibras através da introdução de um fluido formador de corpos em um meio de dispersão na presença de uma taxa de cisalhamento selecionada dentro do meio de dispersão e será conveniente doravante descrever a invenção em relação a essa aplicação exemplar.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] A discussão que segue dos antecedentes da invenção se destina a facilitar uma compreensão da invenção. No entanto, deve ser observado que a discussão não representa um reconhecimento ou admissão de que qualquer um dos materiais a que se refere tinha sido publicado, era conhecido ou fazia parte do conhecimento geral comum na data de prioridade do pedido.

[004] Nanofibras curtas podem ser criadas injetando-se um fluido formador de corpos, tal como uma solução de polímero dissolvido em água (0,1 a 30% em peso/volume de solvente) em um meio de dispersão, tipicamente um fluido tal como butanol ou água, tendo uma viscosidade que varia de aproximadamente 1 a 100 centipoise (cP) e que se desloca a 0,1 a 10 m/s. Nestas condições, a solução de polímero é extraída e se fraciona em fibras curtas, enquanto a rápida extração da água da solução de polímero causada pelo butanol faz com que o polímero se transforme em um gel. O tamanho da fibra pode ser controlado fazendo-se variar a força de cisalhamento e a concentração do polímero, de 15 a 2500 nm de diâmetro e 2 a 20 μm de comprimento.

[005] Um exemplo do método de geração de nanofibras é descrito no pedido de patente internacional PCT/AU2012/001273, cujo conteúdo deve ser incorporado a este relatório por esta referência. Este pedido de patente descreve um aparelho experimental em escala de bancada para a implementação do método descrito de geração de nanofibras curtas. O aparelho consiste em um misturador rotativo tendo uma lâmina impulsora de 5 cm imersa em um copo do meio de dispersão (Butanol). A lâmina é envolvida por um anel metálico que inclui e é dividido por uma série de 16 fendas espaçadas em circunferência entre si e tendo uma área de 1,5 cm2. Para a geração de fibras, o impulsor do misturador é acionado até a rotação necessária (e consequentemente, a taxa de cisalhamento) entre 4000 e 10.000 rpm (166,67 Hz), provendo uma velocidade máxima da ponta da lâmina de aproximadamente 26 m/s a 10.000 rpm (166,67 Hz). O fluido formador de corpos selecionado é então injetado no meio de dispersão no copo através de uma agulha de 25 g adjacente a uma das portas no lado do misturador a uma grande proximidade da lâmina.

[006] A configuração da lâmina impulsora e a velocidade de rotação deste aparelho experimental em escala de bancada proporciona um sistema não laminar (turbulento) no interior do solvente. Isto cria uma mistura significativa no interior do solvente, e assim uma baixa previsibilidade e baixo controle sobre os reagentes no interior do sistema. Além disso, a configuração do sistema como um todo proporciona um controle precário sobre a taxa de injeção de polímero e um controle precário sobre o posicionamento da ponta da agulha.

[007] Mercader et al. (2010) Kinetics of fibre solidification, PNAS edição antiga (www.pnas.org/doi/10.107 3/pnas.1003302107) descr evem um aparelho experimental para a investigação da cinética de solidificação de fibras que compreende um cano capilar com uma constrição do diâmetro. A constrição do diâmetro do cano foi usada para produzir um fluxo de prolongamento uma corrente de confluência de uma solução aquosa de PVA. As nanofibras foram produzidas injetando-se uma dispersão aquosa de nanotubos na corrente de PVA confluindo a montante da constrição. Os nanotubos injetados sofreram uma coagulação com formação de pontes quando entraram em contato com a solução de PVA para formar uma fibra. A fibra foi transferida e distendida pelo fluido envolvente no centro do cano a uma velocidade controlada. Foi observado que a constrição produzia uma força de tração líquida na fibra em resposta ao arrasto viscoso. Foi também observado que a fibra formada não se fragmentava em fibras de comprimento menor quando as forças de arrasto circundantes excediam a resistência à tração da fibra.

[008] Embora sejam produzidas fibras e fibras curtas por este método, considera-se que o aparelho descrito não proporciona um controle suficiente dos reagentes e das condições de fluxo para a produção reproduzível de fibras de pequeno diâmetro. Além disso, conforme descrito, é de se esperar que ocorram algumas dificuldades no alinhamento da porta de injeção com o centro da capilar.

[009] Seria, portanto, desejável se prover um dispositivo melhorado e/ou alternativo para a produção de corpos estirados tais como fibras, de preferência nanofibras curtas.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[010] Um primeiro aspecto da presente invenção propõe um aparelho para a produção de um corpo, de preferência de um nanocorpo, através da introdução de um fluido formador de corpos em um meio de dispersão. O aparelho inclui: um alojamento para fluido configurado para alojar um meio de dispersão; pelo menos dois trajetos de fluxo separados ao longo dos quais o meio de dispersão corre em um fluxo laminar, cada trajeto de fluxo separado compreendendo um trajeto de fluxo separado, convergindo os pelo menos dois dos trajetos de fluxo separados em um local de confluência de fluxos; um arranjo de fluxo de fluido que, em uso, faz com que o meio de dispersão corra ao longo de cada trajeto de fluxo para o local de confluência de fluxos; pelo menos um arranjo de introdução de fluido localizado no local de confluência de fluxos ou na sua proximidade, configurado, em uso, para introduzir o fluido formador de corpo no meio de dispersão; e um arranjo de constrição de fluxo na proximidade de ou depois do local de confluência de fluxos que, em uso, restringe e acelera o fluxo de meio de dispersão na proximidade de e/ou depois do local de confluência de fluxos.

[011] O fluxo laminar e o arranjo de constrição do aparelho da presente invenção formam uma área de fluxo controlado no meio de dispersão no e/ou depois do local de confluência de fluxos. O ambiente de fluxo de fluido laminar proporciona uma transição suave entre o fluxo do meio de dispersão e o fluxo do fluido formador de corpos injetado. O fluido formador de corpos é, portanto, introduzido na área de fluxo controlado circundante e restringido no local de confluência de fluxos e na sua proximidade. Isto permite um melhor controle sobre a taxa de injeção de polímero em comparação com o sistema anterior à base de impulsor e anel. Além disso, o uso de um arranjo de introdução de fluido dedicado localizado no local de confluência de fluxos ou na sua proximidade melhora o posicionamento dos pontos de injeção em comparação com o sistema anterior à base de impulsor e anel.

[012] A combinação de fluxo laminar e do arranjo de constrição cria um fluxo de prolongamento controlável que distende e forma a configuração dos corpos descrita depois do local de confluência de fluxos do aparelho. Quando é formado um corpo alongado tal como um filamento a partir do fluido formador de corpos introduzido, a aceleração pode também fazer com que o corpo alongado se quebre, por meio da criação da força de tração necessária e/ou taxas de cisalhamento necessárias para permitir a fragmentação do corpo alongado formado pelo fluido formador de corpos no meio de dispersão.

[013] Deve ser observado que o aparelho pode ser usado para produzir uma variedade de corpos, de preferência, nanocorpos, de diferentes configurações, formatos e tamanhos. Exemplos incluem hastes, fitas, gotículas, partículas, filamentos, fibras, fibras curtas, nanofibras, nanofibras curtas ou semelhantes. Em modalidades preferidas, o aparelho da presente invenção produz fibras, de preferência nanofibras. Os corpos preparados podem incluir um núcleo de material diferente, tal como um líquido, gel, sólido, gás ou semelhante.

[014] O arranjo de constrição de fluxo pode incluir qualquer componente ou componentes adequados que restringem e aceleram o fluxo do meio de dispersão. A constrição do fluxo pode compreender qualquer arranjo adequado, incluindo uma ou mais chicanas, barreiras, orifícios de constrição de fluxo, alterações dimensionais tais como alterações de áreas de fluxo de fluido ou semelhantes.

[015] Em algumas modalidades (e conforme será descrito abaixo), um ou mais hidrofólios podem ser usados para acelerar e restringir um fluxo do meio de dispersão que escorre pelo hidrofólio.

[016] Em algumas modalidades, o arranjo de constrição de fluxo pode incluir uma alteração em uma dimensão do alojamento para fluido. A alteração dimensional compreende, de preferência, uma alteração na área de seção transversal do fluxo de fluido do alojamento para fluido e mais preferível uma redução na área total de seção transversal do fluxo de fluido a partir do fluxo a montante do local de confluência de fluxos em comparação com o fluxo a jusante do local de confluência de fluxos. Por exemplo, naquelas modalidades em que o alojamento para fluido compreende um conduto, a constrição do fluxo inclui, de preferência, uma redução na área de seção transversal no interior do conduto. O alojamento para fluido pode, portanto, incluir pelo menos uma primeira seção de fluxo tendo uma primeira área em seção transversal de fluxo de fluido e pelo menos uma segunda seção de fluxo tendo uma segunda área em seção transversal de fluxo de fluido, a primeira área de seção transversal do fluxo de fluido maior do que a segunda área de seção transversal de fluxo de fluido.

[017] A constrição de fluxo da segunda seção de fluxo cria uma zona de aceleração, em que o meio de dispersão é acelerado ao longo do eixo do alojamento para fluido da segunda seção de fluxo na entrada da constrição. Esta aceleração induz o desenvolvimento de um campo de fluxo de prolongamento. Embora não se deseje ser limitado por qualquer teoria, pressupõe-se que o corpo formado a partir de fluido formador de corpos injetado transportado pelo meio de dispersão é distendido em resposta à aceleração do meio de dispersão. A aceleração resulta em uma força de tração em tal corpo formado e/ou em uma força de cisalhamento aplicada a tal corpo formado, que pode fragmentar ou quebrar o corpo, se uma tensão máxima exceder a resistência à tração do corpo.

[018] A segunda seção de fluxo pode ser iniciada na proximidade do ou a uma distância, de preferência, a uma curta distância depois (a jusante) do local de confluência de fluxos. Em algumas modalidades, o local de confluência de fluxos está afastado a montante do início da primeira seção de fluxo. O afastamento da borda traseira e, portanto, dos arranjos de introdução de fluido, da segunda seção de fluido cria uma zona de introdução de fluido separada e uma zona de aceleração (conforme foi descrito acima).

[019] A constrição de fluxo compreende, de preferência, uma redução na área de seção transversal do fluxo de fluido entre a primeira seção de fluido e a segunda seção de fluido de pelo menos 50%, mais preferível de pelo menos 60%, ainda mais preferível de pelo menos 70%, e o mais preferível de pelo menos 75%. Naquelas modalidades que incluem placas, o vão entre placas é reduzido, de preferência, de uma distância entre 8 e 15 mm para uma distância entre 1 e 5 mm, mais preferível de entre 18 e 11 mm para entre 1 e 3 mm, ainda mais preferível de 9 mm para 2 mm.

[020] A constrição de fluxo pode compreender uma alteração dimensional imediata no alojamento para fluido, por exemplo, um conduto. No entanto, é preferível que a alteração seja mais gradual, tendo uma alteração dimensional progressiva. A progressão pode compreender uma transição em rampa ou suave, em degraus ou uma combinação delas. Por exemplo, em algumas modalidades uma terceira seção de fluxo pode ser prevista localizada entre a primeira seção de fluxo e a segunda seção de fluxo do alojamento para fluido, tendo a terceira seção de fluxo uma área de seção transversal de transição, de preferência uma área de seção transversal afusada, interconectando a primeira e a segunda seção de fluxo. A área de seção transversal da terceira seção de fluxo compreende, de preferência, um afusamento entre 5 e 30°, e, de preferência, de aproximadamente 10° entre a primeira seção de fluxo e a segunda seção de fluxo.

[021] A constrição de fluxo pode compreende uma alteração ou uma série de alterações dimensionais no alojamento para fluido. Em algumas modalidades, a constrição de fluxo inclui duas ou mais alterações dimensionais no alojamento para fluido. Por exemplo, a constrição de fluxo pode incluir uma primeira redução em área de seção transversal seguida por uma segunda redução em área de seção transversal, e em algumas modalidades seguida por uma terceira ou mais redução em área de seção transversal. A série de alterações dimensionais no alojamento para fluido pode alterar progressivamente a dimensão do alojamento para fluido (por exemplo, a área de seção transversal) de uma dimensão inicial para uma dimensão final, ou pode compreender uma série de pontos de expansão e contração, variando, a dimensão do alojamento para fluido entre uma dimensão expandida e uma dimensão contraída. Por exemplo, a constrição de fluxo pode compreender uma série de reduções e expansões em área de seção transversal entre uma primeira área de seção transversal e uma segunda área de seção transversal (reduzida ou restringida).

[022] O fluxo de fluido que penetra na primeira seção de fluxo do conduto ou condutos pode ter qualquer característica adequada de fluxo, incluindo laminar, turbulenta ou semelhante, desde que o fluxo se torne laminar na primeira seção de fluxo antes do local de confluência de fluxos. O fluxo laminar pode ser produzido usando-se um ou mais adjuvantes de fluxo que modificam as características de fluxo do fluxo de meio de dispersão antes do local de confluência de fluxos. Em algumas modalidades, o arranjo inclui ainda pelo menos uma chicana localizada no alojamento para fluido, que, em uso, entra em contato com o fluxo de meio de dispersão antes do local de confluência de fluxos. Em outras modalidades, um distribuídos de fluxo, tal como um ou mais hidrofólios, pode ser usado para induzir o fluxo laminar dentro do fluxo do meio de dispersão através da primeira seção de fluxo. As modalidades que incluem hidrofólios serão descritas mais detalhadamente abaixo. Nas modalidades preferidas, o arranjo de fluxo de fluido forma um fluxo laminar na primeira seção de fluxo. Neste sentido um fluxo de fluido laminar pode ser mais facilmente controlado e os resultados serem mais fáceis de serem previstos.

[023] Naquelas modalidades em que o alojamento para fluido inclui um ou mais condutos através dos quais corre o meio de dispersão, o(s) conduto(s) pode(m) assumir uma série de configurações. Em algumas modalidades, o(s) conduto(s) compreende(m) um cano tubular, de preferência, um cano que tem pelo menos um formato de seção transversal dentre circular, quadrado, retangular ou outro poligonal regular.

[024] Em algumas modalidades, o conduto ou condutos incluem pelo menos duas placas afastadas entre si. As placas são vedadas contra fluido no interior do conduto ou condutos. A vedação de fluido pode compreender qualquer série de arranjos. Em algumas modalidades, as placas podem ser alojadas no interior de um invólucro estanque a fluido, de preferência, vedadas contra fluido no interior de um conduto estanque a fluido, por exemplo, um conduto tubular. Nesta modalidade, as placas podem ser presas ou de um outro modo fixadas a superfícies contíguas ou adjacentes do conduto à prova de fluido. Em algumas modalidades, as placas são vedadas ao redor da periferia de cada placa, mais preferível ao redor das bordas das placas.

[025] Pode ser vantajoso ser capaz de variar as dimensões do alojamento para fluido e especialmente as dimensões daquelas partes do alojamento para flui através das quais corre o meio de dispersão (nas modalidades relevantes). Nos casos em que o(s) conduto(s) inclui(em), por exemplo, pelo menos duas placas afastadas entre si, pode ser vantajoso se ser capaz de fazer variar a distância entre as placas. Este ajuste pode, portanto, fazer variar a área de fluxo e, portanto, a velocidade de fluxo do meio de dispersão que corre entre as duas placas e na direção do hidrofólio e para cima dele.

[026] O arranjo de constrição do fluxo pode criar uma tensão de cisalhamento no meio de dispersão criando condições que permitem a fragmentação de qualquer corpo, especialmente de corpos alongados tais como filamentos no meio de dispersão. O arranjo de constrição de fluxo cria, de preferência, um cisalhamento no meio de dispersão na borda traseira do hidrofólio quando o fluido tem uma velocidade linear de pelo menos 0,1 m/s, de preferência entre 0,2 e 20 m/s, mais preferível entre 0,5 e 10 m/s, ainda mais preferível entre 1 e 10 m/s. Em algumas modalidades, o arranjo de constrição de fluxo pode criar uma tensão de cisalhamento na faixa de aproximadamente 100 a aproximadamente 190.000 cP/seg.

[027] O arranjo de introdução de fluido da presente invenção é usado para introduzir o fluido formador de corpos na meio de dispersão no local de confluência de fluxos do aparelho ou na sua proximidade. O fluido formador de corpos pode ser introduzido no meio de dispersão usando-se uma técnica adequada. Em algumas modalidades, o fluido formador de corpos pode ser injetado no meio de dispersão a uma taxa dentro de uma faixa selecionada de aproximadamente 0,0001 L/hora a aproximadamente 10 L/hora, ou, de preferência, de aproximadamente 0,1 L/hora a 10 L/hora.

[028] Quando o fluido formador de corpo é uma solução formadora de corpos, tal como uma solução polimérica, a solução formadora de corpos pode ser injetada no meio de dispersão a uma taxa numa faixa selecionada do grupo que consiste numa taxa entre aproximadamente 0,0001 L/hora e 10 L/hora, entre aproximadamente 0,001 L/hora e 10 L/hora ou entre aproximadamente 0,1 L/hora e 10 L/hora.

[029] Os versados na técnica relevante compreenderão que pode se fazer variar a taxa à qual um fluido formador de corpos é introduzido no meio de dispersão, de acordo com a escala em que o processo da invenção é conduzido, de acordo com o volume do fluido formador de corpos empregado e o tempo desejado para a introdução de um volume selecionado do fluido formador de corpos no meio de dispersão. Em algumas modalidades, pode ser desejável se introduzir o fluido formador de corpos no meio de dispersão a uma taxa mais acelerada, uma vez que isso pode auxiliar na formação de fibras com morfologias superficiais mais lisas. A velocidade de injeção pode ser regulada por meio de uma bomba, tal como, por exemplo, uma bomba de seringa o uma bomba peristáltica.

[030] O arranjo de introdução de fluido pode ser um elemento separado inserido na local da confluência de fluxos, uma agulha ou outro conduto, por exemplo, ou integrado a um corpo ou componente localizado no local de confluência de fluxos. Quando formado em um corpo ou componente localizado no local de confluência de fluxos, o arranjo de introdução de fluido inclui pelo menos um orifício, de preferência, localizado no citado corpo ou componente. O orifício é, de preferência, ligado por fluido a um conduto ou canal formado ou alojado no interior deste corpo ou componente através do qual o fluido formador de corpo é introduzido.

[031] Em algumas modalidades, um ou mais dos orifícios podem ser conectados por fluido a pelo menos dois fluidos formadores de corpo diferentes. Isto permite que seja formada uma fibra que inclui dois materiais diferentes. O fluido formador de corpos pode ser combinado de diversos modos. Em algumas modalidades, os dois ou mais fluidos formadores de corpos podem ser misturados entre si antes de serem introduzidos no meio de dispersão. Em outras modalidades, os dois ou mais fluidos formadores de corpos podem ser misturados entre si na proximidade do ponto em que os fluidos formadores de coros são introduzidos no meio de dispersão ou neste ponto. Por exemplo, um ou mais dos orifícios pode ser conectado por fluido a pelo menos dois condutos ou canais através dos quais corre pelo menos um fluido formador de corpos, cada conduto ou canal ligado em uma seção de confluência localizada na proximidade de pelo menos um orifício. A seção de confluência inclui, de preferência, um conduto ou canal curto conectado por fluido ao pelo menos um orifício. Em algumas modalidades, a seção de confluência compreende uma junção em Y ou em T.

[032] Em algumas modalidades, o arranjo de introdução de fluido inclui pelo menos dois orifícios próximos cada orifício conectado por fluido a pelo menos um fluido formador de corpos. Isto permite que os fluidos formadores de corpos respectivos se sobreponham, se entrelacem ou pelo menos interajam de algum modo quando introduzidos no meio de dispersão. A formação subsequente de fibras pode, portanto, criar uma configuração de fibras entrelaçadas, misturadas ou de outro modo qualquer interconectadas. Em algumas modalidades, pelo menos dois dos orifícios são conectados por fluido a diferentes fluidos formadores de corpos. Isto permite que se formem configurações de fibras formadas com dois materiais diferentes tendo uma configuração de fibras entrelaçadas, misturadas ou de outro modo qualquer interconectadas.

[033] Em algumas modalidades, pelo menos dois dos orifícios se sobrepõem. Em tais modalidades, pelo menos dois dos orifícios podem ser dispostos tendo um primeiro orifício contido no interior de um segundo orifício. Em algumas formas três ou mais dos orifícios podem ser configurados em uma configuração de sobreposição. Em algumas formas, os dois orifícios podem ser dispostos concentricamente. Um orifício (o orifício interno), por exemplo, pode ser total ou parcialmente contido dentro de um outro orifício (o orifício externo). Isto pode produzir uma configuração de fibra dentro de fibra, em que uma primeira fibra é encapsulada ou de outro modo formada no interior de uma outra fibra. Um primeiro material pode ser encapsulado no interior de um segundo material naquelas modalidades em que os pelo menos dois dos pelo menos dois orifícios são conectados por fluido a diferentes fluidos formadores de corpos.

[034] Os orifícios dos arranjos de introdução de fluido podem ter uma série de diferentes formatos e configurações. Em algumas modalidades, os arranjos de introdução de fluido têm um formato circular. No entanto, deve ser observado que qualquer série de formados poderia ser possível, incluindo formato de estrela, formato de cruz, formato oval, qualquer série de polígonos regulares tais como triangular, quadrado, retangular, pentagonal, octogonal ou semelhantes.

[035] O fluxo laminar nos pelo menos dois trajetos de fluxo separados pode ser criado de qualquer modo adequado. Em algumas modalidades, os trajetos de fluxo separados de pelo menos dois dos trajetos de fluxo separados compreendem condutos de fluxo separados. Nesta modalidade, o fluxo laminar pode ser criado nesses condutos separados através do controle das características de fluxo em cada um desses condutos. O arranjo de fluxo de fluido, por exemplo, poderia ser controlado para proporcionar a velocidade de fluxo exigida para o fluxo laminar em condutos separados. Além isso, a configuração dos condutos poderia ser otimizada para o fluxo laminar. Em tais modalidades, o arranjo de constrição de fluxo compreenderia uma redução da área de seção transversal em comparação com a área de seção transversal do influxo combinado dos pelo menos dois condutos de fluxo separados na proximidade de ou depois do local de confluência de fluxos.

[036] Em outras modalidades, os pelo menos dois trajetos de fluxo separados podem ser separados pro pelo menos um hidrofólio localizado no alojamento para fluido, tendo o hidrofólio uma face dianteira e uma borda traseira, fazendo o arranjo de fluxo de fluido com que a meio de dispersão corra em um fluxo laminar da face dianteira para a sua borda traseira.

[037] Um segundo aspecto da presente invenção propõe um aparelho para a produção de fibras pela introdução de um líquido formador de fibras em um meio de dispersão, incluindo o aparelho: um alojamento para fluido configurado para alojar um meio de dispersão; pelo menos um hidrofólio localizado no interior do alojamento para fluido, tendo o hidrofólio uma face dianteira e uma borda traseira; pelo menos um arranjo de introdução de fluido localizado na borda traseira de pelo menos um dos hidrofólios, ou na sua proximidade, configurado, em uso, para introduzir o líquido formador de fibras no meio de dispersão alojado no alojamento para fluido; e um arranjo de fluxo de fluido que, em uso, faz com que o meio de dispersão corra através do hidrofólio da sua face dianteira para a sua borda traseira.

[038] O hidrofólio do aparelho da presente invenção cria uma área de fluxo controlado no meio de dispersão na borda traseira do hidrofólio e/ou depois desta borda. O hidrofólio é projetado para acelerar e restringir o fluxo do meio de dispersão correndo pelo hidrofólio para formar um fluxo de extensão que estira e forma um filamento polimérico fibroso na borda traseira do hidrofólio. A aceleração pode também fazer com que o filamento quebre, pro meio da criação da tensão de tração necessário e/ou de taxas de cisalhamento para permitir a fragmentação de um filamento formado pelo fluido formador de corpos no meio de dispersão, formando fibras curtas.

[039] O hidrofólio também cria um ambiente de fluxo de fluido laminar sobre as superfícies de fluxo e na borda traseira e/ou na sua proximidade. Isto proporciona uma transição suave entre o fluxo do meio de dispersão e o fluxo do fluido formador de corpos injetado. O fluido formador de corpos é, portanto, introduzido na área de fluxo controlado envolvente e é restringido no hidrofólio e/ou na sua proximidade, permitindo um melhor controle sobre a taxa de injeção de polímero em comparação com sistema à base de impulsor e anel da técnica anterior. Além disso, o uso de um arranjo de introdução de fluido dedicado localizado na borda traseira de pelo menos um dos hidrofólios ou na proximidade desta borda, e incorporado, de preferência, ao hidrofólio, melhora o posicionamento dos pontos de injeção em comparação com o sistema à base de impulsor e anel da técnica anterior.

[040] O hidrofólio pode ter diversos formatos e configurações. Em algumas modalidades, a face dianteira do hidrofólio compreende, de preferência, uma superfície arredondada ou curva. Além disso, a borda traseira do hidrofólio compreende, de preferência, uma borda substancialmente plana. No entanto, deve ser observado que outras configurações tais como arredondada, curva, ondulada ou semelhante poderiam ser usadas em outras modalidades. Adicionalmente, em algumas modalidades, o hidrofólio é substancialmente simétrico ao redor da linha de corda entre a face dianteira e a borda traseira do hidrofólio. Conforme é conhecido na técnica, a linha de corda de um hidrofólio é uma linha reta que conecta as bordas dianteira e traseira do hidrofólio. No entanto, deve ser novamente observado que em outras configurações o hidrofólio pode ter formatos e configurações diferentes ao redor da linha de corda em outras modalidades.

[041] O hidrofólio e a sua face dianteira e a borda traseira podem seguir qualquer geometria adequada. Em algumas modalidades, o hidrofólio tem uma geometria linear. Em outras modalidades, o hidrofólio tem uma geometria cilíndrica ou elíptica, com a face dianteira e a borda traseira tendo uma configuração anular, centralizado ao redor de um ponto central do hidrofólio. Um hidrofólio deste tipo teria, de preferência, um formato toroidal, de preferência afusando-se na borda traseira. O meio de dispersão correria, de preferência, através do vazio interno e das superfícies externas do hidrofólio.

[042] O hidrofólio, de preferência, inclui um corpo afusado que adelgaça entre a face dianteira e a borda traseira. Em algumas modalidades, o corpo adelgaçado do hidrofólio compreende um afusamento entre 5 e 30°, de preferência um afusamento de 10° entre a face dianteira e as suas bordas traseiras, em relação a uma linha central, de preferência, a uma linha de corda, entre eles.

[043] Vantajosamente, a configuração preferida acima cria um fluxo laminar na borda traseira do hidrofólio ou na proximidade desta borda.

[044] Para se criar um padrão de fluxo desejado através do hidrofólio, o corpo afusado do hidrofólio pode incluir pelo menos uma curva ou onda ao longo do comprimento longitudinal do corpo do hidrofólio e, mais preferível, uma pluralidade de curvas ou ondas ao longo do comprimento longitudinal.

[045] O arranjo de introdução de fluido pode consistir em um elemento separado do hidrofólio, tal como uma agulha ou outro conduto, por exemplo, inserido na borda traseira do hidrofólio ou na proximidade desta borda. No entanto, é preferível que o arranjo de introdução de fluido seja formado no hidrofólio.

[046] Quando formado no hidrofólio, o arranjo de introdução do fluido inclui pelo menos um orifício, geralmente localizado junto do hidrofólio ou sobre ele, na borda traseira do hidrofólio, ou na proximidade desta borda. O orifício é conectado, de preferência, por fluido a um conduto ou canal formado ou alojado no interior do hidrofólio e através do qual é introduzido o fluido formador de corpos.

[047] Em algumas modalidades, o aparelho inclui dois ou mais hidrofólios. Tais sistemas de múltiplos hidrofólios podem ter os hidrofólios alinhados lado a lado, empilhados, dispostos em paralelo, em série ou semelhantes.

[048] O hidrofólio pode incluir qualquer número de arranjos de introdução de fluido. São usados, de preferência, arranjos múltiplos de introdução de fluido naquelas modalidades que incluem um hidrofólio longitudinalmente alongado ou um hidrofólio de outro modo adequadamente dimensionado. Nos casos em que o hidrofólio compreende uma pluralidade de arranjos de introdução de fluido, é preferível que esses arranjos de introdução de fluido sejam afastados entre si ao longo do comprimento longitudinal de cada hidrofólio. De modo análogo, o aparelho pode incluir uma pluralidade de hidrofólios afastados entre si no interior do alojamento para fluido. Cada hidrofólio incluiria pelo menos um elemento de introdução de fluido localizado na borda traseira de pelo menos um de cada hidrofólio respectivo ou na proximidade desta borda.

[049] O hidrofólio inclui, de preferência, um conduto central de alimentação conectado por fluido com cada um dos arranjos de introdução de fluido naquelas modalidades em que o hidrofólio inclui uma pluralidade de arranjos de introdução de fluido. O conduto central de alimentação pode ser usado para a introdução de fluido formador de corpos em cada um dos arranjos de introdução de fluido individuais de uma única fonte. O conduto de alimentação central é formado, de preferência, no interior do corpo do hidrofólio. Em algumas modalidades, o conduto central de alimentação se estende ao longo do comprimento longitudinal do hidrofólio ou de cada um dos hidrofólios. Em algumas modalidades, o conduto central de alimentação é centralizado na linha de corda do hidrofólio. Embora deva ser observado que o conduto de alimentação central poderia estar posicionado em qualquer local adequado no interior ou no exterior do hidrofólio.

[050] Em algumas modalidades, o arranjo de constrição de fluxo inclui tanto um hidrofólio como uma alteração na área se seção transversal do alojamento para fluido para produzir a constrição do meio de dispersão e acelerar o seu fluxo no interior do alojamento para fluido. Novamente, naquelas modalidades em que o alojamento para fluido compreende um conduto, a constrição de fluxo compreende, de preferência, uma alteração na área de seção transversal no interior do conduto. Em tais modalidades, o conduto inclui, de preferência, pelo menos primeira seção de fluxo tendo uma primeira área de seção transversal e pelo menos uma segunda seção de fluxo tendo uma segunda área de seção transversal, a primeira área de seção transversal maior do que a segunda área de seção transversal.

[051] A segunda seção de fluxo pode começar na proximidade da borda traseira do hidrofólio, ou a uma distância, de preferência a uma distância curta, depois (a jusante) da borda traseira do hidrofólio. Em algumas modalidades, a borda traseira do hidrofólio está afastada a montante do início da segunda seção de fluxo. O afastamento da borda traseira, e, portanto, dos arranjos de introdução de fluido da segunda seção de fluxo cria uma zona separada de introdução de fluido e uma zona de aceleração (conforme foi descrito acima).

[052] O hidrofólio se localiza, de preferência, em uma terceira seção de fluxo posicionada entre a primeira e a segunda seção de fluxo do conduto. A terceira seção de fluxo tem uma área de seção transversal de transição, de preferência uma área de seção transversal se afusando, que interconecta a primeira com a segunda seção de fluxo. O afusamento da terceira seção de fluxo corresponde substancialmente, de preferência, ao afusamento entre a face dianteira e a borda traseira do hidrofólio.

[053] Qualquer alojamento para fluido adequado pode ser usado, dependendo da configuração do aparelho. Em algumas modalidades, o alojamento para fluido pode incluir pelo menos um conduto através do qual corre o meio de dispersão. Em outras modalidades, o alojamento para fluido pode incluir um reservatório em que é mantido o meio de dispersão. Uma combinação de uma ou mais destas configurações é também possível. Em cada modalidade, o meio de dispersão é, de preferência, reciclado através do alojamento para fluido.

[054] O arranjo de fluxo de fluido pode assumir diversas formas, dependendo da configuração global do aparelho.

[055] Em algumas modalidades, o arranjo de fluxo de fluido compreende um arranjo de bombeamento para bombear o meio de dispersão ao longo dos trajetos de fluxo separados. O meio de dispersão pode, portanto, ser bombeado a uma taxa de fluxo desejada para criar um fluxo laminar e para criar a aceleração de fluxo desejada do meio de dispersão e o corpo formado arrastado no interior do arranjo de constrição de fluxo. Nesta modalidade, o alojamento para fluido compreende, de preferência, um conduto através do qual corre o meio de dispersão.

[056] Em outras modalidades, o arranjo de fluxo de fluido compreende um elemento rotativo acionado ou de outro modo qualquer impulsionado para fazer girar o hidrofólio no interior do alojamento para fluido. Nesta modalidade, o alojamento para fluido compreende, de preferência, um reservatório adequado em que é mantido o meio de dispersão. O reservatório pode ser contido em um receptáculo, recipiente, vasilhame ou outro corpo para reter líquido em volume. Exemplos incluem um vasilhame de mistura tal como um copo, balde, barril ou recipiente de processo de maiores dimensões. O elemento rotativo compreende, de preferência, um elemento de acionamento, tal como o um motor, conectado a um eixo ou a um outro elemento acionado. O pelo menos um hidrofólio é, portanto, conectado, de preferência, ao eixo, de preferência na base do eixo ou na proximidade desta base. O arranjo de fluxo de fluido compreende, de preferência, um rotor ou um elemento agitador de um misturador. Naquelas modalidades que incluem hidrofólios, o hidrofólio compreende, de preferência, parte de um impulsor acionado do rotor ou do elemento agitador. Nestas modalidades, o hidrofólio é acionado para girar dentro do meio de dispersão, para criar a força de cisalhamento necessária no interior desse fluido.

[057] Em outras modalidades ainda, pode também ser possível uma combinação das duas modalidades acima, em que o arranjo de fluxo de fluido compreende um arranjo de bombeamento para bombear o meio de dispersão nos trajetos de fluxo separados e um elemento rotativo, acionado ou de outro modo qualquer deslocado para fazer girar um componente do aparelho, tal como, por exemplo, um hidrofólio, no interior do alojamento para fluido.

[058] O alojamento para fluido pode incluir um ou mais adjuvantes de fluxo que modificam as características de fluxo do meio de dispersão antes dele atingir o local de confluência de fluxos. Em algumas modalidades, o arranjo inclui ainda pelo menos uma chicana localizada em um local no alojamento e que, em uso, entra em contato com o fluxo do meio de dispersão antes do local de confluência de fluxos. Naquelas modalidades em que o alojamento para fluido compreende um conduto, as chicanas são, de preferência, localizadas no conduto a montante do local de confluência de fluxos.

[059] Um grande número de fluidos formadores de corpos e meios de dispersão pode ser usado no aparelho da presente invenção. Exemplos adequados são descritos detalhadamente no pedido internacional No. PCT/AU2012/001273 publicado como WO2013056312 A1, cujo conteúdo é incorporado a este relatório a título desta referência.

[060] O fluido formador de corpos é, de preferência, um líquido viscoso fluido e inclui pelo menos uma substância formadora de corpos. Nas modalidades exemplares, o meio de dispersão empregado no processo da invenção é um líquido que tem geralmente uma viscosidade inferior à do fluido formador de corpos. A relação entre a viscosidade do fluido formador de corpos (μ1) para a viscosidade do meio de dispersão (μ2) pode ser expressa como uma relação de viscosidade (p), em que p = μ1/μ2. Em uma forma da invenção, a relação de viscosidade e encontra na faixa de aproximadamente 2 a 100. Em algumas modalidades, a relação de viscosidade se encontra na faixa de aproximadamente 2 a 50.

[061] Em algumas modalidades, o meio de dispersão tem, de preferência, uma viscosidade na faixa de aproximadamente 1 a 100 centipoise (cP). Em modalidades do processo, o meio de dispersão tem uma viscosidade na faixa de aproximadamente 1 a 50 centipoise (cP). Em algumas modalidades, o meio de dispersão tem uma viscosidade na faixa de aproximadamente 1 a 30 centipoise (cP), ou de aproximadamente 1 a 15 centipoise (cP). Em algumas modalidades, o fluido formador de corpos tem uma viscosidade na faixa de aproximadamente 3 a 100 centipoise (cP). Em algumas modalidades, o fluido formador de corpos tem uma viscosidade na faixa de aproximadamente 3 a 60 centipoise (cP).

[062] Em modalidades preferidas, o fluido formador de corpos compreende uma solução de polímero e o meio de dispersão compreende um líquido no qual o polímero é insolúvel.

[063] Em um conjunto de modalidades, o fluido formador de corpos se encontra na forma de uma solução formadora de corpos que inclui pelo menos uma substância formadora de corpos em um solvente adequado. A substância formadora de corpos pode ser um polímero ou um precursor de polímero que pode ser dissolvido no solvente. Em algumas modalidades, a solução formadora de corpos inclui pelo menos um polímero.

[064] O termo “polímero”, conforme usado no presente documento se refere a um composto que ocorre naturalmente ou sintético composto por unidades monoméricas ligadas por covalência. Um polímero geralmente conterá 10 ou mais unidades monoméricas.

[065] O termo “precursor de polímero”, conforme usado no presente documento se refere a um composto que ocorre naturalmente ou sintético e que é capaz de ser submetido a uma outra reação para formar um polímero. Os precursores de polímeros podem incluir prepolímeros, macromonômeros e monômeros que podem reagir em condições selecionadas para formar um polímero.

[066] Em um conjunto de modalidades, essa solução formadora de corpos pode ser uma solução polimérica incluindo pelo menos um polímero dissolvido ou disperso em um solvente. A solução polimérica pode ser usada para formar fibras poliméricas.

[067] O aparelho da invenção pode ser usado para preparar fibras poliméricas a partir de uma série de materiais poliméricos. Os materiais poliméricos adequados incluem polímeros naturais ou seus derivados, tais como polipeptídeos, polissacarídeos, glicoproteínas e suas combinações, ou polímeros sintéticos e copolímeros de polímeros sintéticos e naturais.

[068] Em algumas modalidades, o aparelho da invenção é usado para preparar fibras a partir de polímeros hidrossolúveis ou hidrodispersáveis. Em algumas modalidades o fluido formador de corpos pode incluir um polímero hidrossolúvel ou hidrodispersável. O fluido formador de corpos pode ser uma solução polimérica incluindo um polímero hidrossolúvel ou hidrodispersável e pode ser dissolvido em um solvente aquoso. Em algumas modalidades, o polímero hidrossolúvel ou hidrodispersável pode ser um polímero natural ou um derivado seu.

[069] Em algumas modalidades, o aparelho da invenção é usado para preparar fibras a partir de polímeros solúveis em solvente orgânico. Em tais modalidades, o fluido formador de corpos pode incluir um polímero solúvel em solvente orgânico. O fluido formador de corpos pode ser uma solução polimérica que inclui um polímero solúvel em solvente orgânico dissolvido em um solvente orgânico.

[070] Em modalidades exemplares do aparelho da invenção, o fluido formador de corpos pode incluir pelo menos um polímero selecionado do grupo que consiste em polipeptídeos, alginatos, quitosana, amido, colágeno, fibroína de seda, poliuretanos, poli(ácido acrílico), poliacrilatos, poliacrilamidas, poliésteres, poliolefinas, polímeros funcionalizados com ácido borônico, poli(álcool vinílico), polialilamina, polietileno imina, poli(vinil pirrolidona), poli(ácido lático), poliéter sulfona e polímeros inorgânicos e seus copolímeros.

[071] Em algumas modalidades, a substância formadora de corpos pode ser um precursor de polímero. Em tais modalidades, o fluido formador de corpos pode incluir pelo menos um precursor de polímero selecionado do grupo que consiste em prepolímeros de poliuretano, e precursores de sol-gel orgânicos/inorgânicos.

[072] O meio de dispersão usado no aparelho da invenção inclui pelo menos um líquido adequado. Em algumas modalidades, o meio de dispersão inclui pelo menos um líquido selecionado do grupo que consiste em um álcool, um líquido iônico, um solvente cetônico, água, um líquido criogênico e dimetil sulfóxido. Em modalidades exemplares, o meio de dispersão inclui um líquido selecionado do grupo que consiste em álcoois C2 a C4. O meio de dispersão pode incluir aditivos ou outras propriedades que fazem com que a substância formadora de corpos presente no fluido formador de corpos seja insolúvel, ou que se precipite ou se gelifique, quando exposta ao fluido de dispersão.

[073] O meio de dispersão pode incluir uma mistura de dois ou mais líquidos, tal como uma mistura de água e de um solvente hidrossolúvel, uma mistura de dois ou mais solvente orgânicos, ou uma mistura de um solvente orgânico e um solvente hidrossolúvel. Ele pode também incluir aditivos para o meio de dispersão que interagem com o líquido formador de corpos para induzir a precipitação ou a gelificação do polímero dissolvido, incluindo, mas sem limitação, ácidos ou bases, moléculas iônicas e agentes de fixação.

[074] O fluido formador de corpos empregado no aparelho da invenção pode incluir uma quantidade de substância formadora de corpos numa faixa de aproximadamente 0,1 a 50% (peso/volume). Em um conjunto de modalidades, o fluido formador de corpos é uma solução polimérica que inclui uma proporção de polímero na faixa de aproximadamente 0,1 a 50% (peso/volume). Em modalidades em que o fluido formador de corpos inclui um polímero (tal como em uma solução ou dispersão polimérica), o polímero pode ter um peso molecular numa faixa de aproximadamente 1 x 104 a 1 x 107. A concentração do polímero e o peso molecular podem ser ajustados para produzir um fluido formador de corpos com a viscosidade desejada.

[075] Em algumas modalidades, o fluido formador de corpos e/ou o meio de dispersão pode ainda incluir pelo menos um aditivo. O aditivo pode ser pelo menos um selecionado do grupo que consiste em partículas, agentes reticuladores, plastificantes, ligantes multifuncionais e agentes coagulantes.

[076] Em modalidades exemplares, o aparelho é usado para produzir filamentos e fibras, de preferência, nanofibras, mais preferíveis fibras curtas, e ainda mais preferíveis nanofibras curtas. As fibras produzidas pela presente invenção são, de preferência, produzidas em forma de fibras descontínuas, em vez de fibras contínuas. Além disso, as fibras preparadas pelo processo da invenção são, de preferência, fibras coloidais (curtas). Em algumas modalidades, as fibras preparadas pelo processo têm um diâmetro na faixa de aproximadamente 15 nm a aproximadamente 5 μm. Em um conjunto de modalidades em que as fibras podem ter um diâmetro na faixa de aproximadamente 40 nm a aproximadamente 5 μm. Em modalidades preferidas, as fibras têm um diâmetro entre 50 e 500 nm. Além disso, as fibras têm um comprimento de pelo menos 1 μm, de preferência de aproximadamente 1 μm a aproximadamente 3 mm, mais preferível de 2 a 20 μm.

[077] Os corpos, tais como fibras, produzidos usando-se o aparelho da presente invenção podem fazer parte de um artigo. Os corpos podem ser incluídos sobre uma superfície do artigo. O artigo pode ser um dispositivo médico ou um biomaterial, ou um artigo para aplicações de filtração ou de impressão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[078] A presente invenção será agora descrita com referência às figuras dos desenhos apensos, que ilustram modalidades preferidas específicas da presente invenção em que: A Figura 1 apresenta uma vista esquemática em perspectiva de uma primeira modalidade de um dispositivo de geração de fibras de acordo com a presente invenção. A Figura 2 apresenta uma vista esquemática em seção transversal de uma primeira modalidade do dispositivo de fluxo para uso no dispositivo de geração de fibras mostrado na Figura 1. A Figura 3 apresenta uma vista esquemática em seção transversal de uma segunda modalidade do dispositivo de fluxo para uso no dispositivo de geração de fibras mostrado na Figura 1. A Figura 4 apresenta um diagrama de contorno de velocidade para fluxo por um hidrofólio do dispositivo de fluxo com uma configuração de hidrofólio mostrado na Figura 3. A Figura 5 apresenta uma vista esquemática em perspectiva das placas de fluxo do dispositivo de fluxo mostrado na Figura 3. A Figura 6 apresenta uma vista do lado (A); e uma vista detalhada do lado (B) da seção de geração do dispositivo de fluxo ilustrado na Figura 3. A Figura 7 apresenta uma vista em perspectiva de uma forma do hidrofólio usado no dispositivo de fluxo apresentado na Figura 3. A Figura 8 apresenta uma vista em perspectiva de uma outra forma do hidrofólio usado no dispositivo de fluxo mostrado na Figura 3, em que (A) é uma vista dianteira; e (b) é uma vista em seção transversal tirada pela linha A-A da Figura 8A. A Figura 9 apresenta uma vista em seção transversal de um hidrofólio de injeção de corpo duplo usado no dispositivo de fluxo ilustrado na Figura 3. A Figura 10 ilustra diversas configurações de orifícios do arranjo de introdução de fluido que podem ser usadas no hidrofólio usado no dispositivo de fluxo ilustrado na Figura 3. A Figura 11 apresenta uma vista em planta (A); e uma vista em seção dianteira (B) de uma outra forma da segunda modalidade de um dispositivo de geração de fibras da Figura 3. A Figura 12 apresenta uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade de um dispositivo de geração de fibras de acordo com a presente invenção. A Figura 13 apresenta a configuração e as dimensões do hidrofólio e do canal usado em um aparelho experimental de acordo com a presente invenção. As Figuras 14 a 19 apresentam imagens de microscópio ótico de fibras produzidas com o aparelho experimental da Figura 13.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[079] As Figuras 1 a 12 ilustram diferentes modalidades de um aparelho produtor de fibras 200, 500 de acordo com a presente invenção. Cada modalidade dos aparelhos 200, 500 da presente invenção pode ser usada para produzir corpos, tais como fibras, usando um processo descrito detalhadamente no pedido internacional No. PCT/AU2012/001273, cujo conteúdo novamente é incorporado ao presente relatório por esta referência.

[080] Conforme ensinado na publicação internacional No. WO 2013056312 A1, o processo inclui as etapas gerais de: introdução de uma corrente de fluido formador de corpos em um meio de dispersão tendo uma viscosidade na faixa de aproximadamente 1 a 100 centipoise (cP); formação de um corpo tal como um filamento a partir da corrente de fluido formador de corpos no meio de dispersão; e nos casos em que as condições (tensão de cisalhamento desenvolvido) são apropriadas cisalhamento do corpo em condições que permitem a fragmentação do filamento.

[081] O aparelho da presente invenção é configurado para otimizar as condições das etapas de introdução do fluido formador de corpos em um fluxo laminar de meio de dispersão e de aceleração do meio de dispersão e do fluido formador de corpos em seu interior para estirar e formar um corpo desejado. Esta aceleração pode também fazer com que o corpo (por exemplo, um filamento) se quebre, pela criação da força de tração necessária no corpo e/ou pelas taxas de cisalhamento no meio de dispersão.

[082] Com referência, em primeiro lugar, à Figura 1, é mostrada uma vista geral de uma primeira modalidade de um aparelho formador de fibras 200 de acordo com a presente invenção. O aparelho ilustrado 200 compreende um circuito de fluxo 202, através do qual circula um meio de dispersão, tal como um solvente. O circuito de fluxo 202 inclui três unidades conectadas por fluido 201, 203 e 205. Em primeiro lugar, um reservatório ou tanque para solvente 201 em que é coletado um volume do meio de dispersão selecionado antes de ser introduzida através do circuito de fluxo. A entrada para um arranjo de bomba 203 é conectada por fluido ao tanque para solvente 201. O arranjo de bomba 203 bombeia o meio de dispersão para dentro de um dispositivo de fluxo 205 conectado por fluido. O arranjo de bomba 203 pode compreender qualquer bomba adequada, incluindo, mas sem limitação, bomba de deslocamento positivo, bombas de deslocamento positivo rotativas, bombas de deslocamento positivo recíprocas, bombas de engrenagem, bombas parafuso, bombas de cavidades progressivas, bombas do tipo Roots, bombas peristálticas, bombas de êmbolo mergulhador, bombas de êmbolo mergulhador do estilo triplex, bombas de diafragma, bombas de corda, bombas de rotor, bombas de impulso, carneiros hidráulicos, bombas de velocidade, bombas centrífugas, bombas de fluxo radial, bombas de fluxo axial, bombas de fluxo misto, bombas de injeção, bombas de gravidade ou uma combinação delas. As fibras são formadas no dispositivo de fluxo 205 conforme será explicado detalhadamente abaixo. O meio de dispersão com as nanofibras em seu interior, corre através do tanque para solvente 201 onde se pode fazer recircular o meio de dispersão através do circuito de fluxo 202. As fibras geradas podem ser extraídas antes de ou a partir do tanque para solvente 201 usando-se qualquer número de técnicas de separação padrão de sólido-líquido tais como filtração, extração centrífuga, flotação ou semelhantes.

[083] O segundo aparelho formador de fibras 200 também inclui uma bomba de fluido formador de corpos 207 que injeta o fluido formador de corpos selecionado no dispositivo de fluxo 205, conforme será descrito mais detalhadamente abaixo. Novamente, a bomba para o fluido formador de corpos 207 pode compreender qualquer bomba adequada, incluindo, mas sem limitação, bomba de deslocamento positivo, bombas de deslocamento positivo rotativas, bombas de deslocamento positivo recíproca, bombas de engrenagem, bombas parafuso, bombas de cavidade progressiva, bombas do tipo Roots, bombas peristálticas, bombas de êmbolo mergulhador, bombas de êmbolo mergulhador do estilo triplex, bombas de diafragma, bombas de corda, bombas de rotor, bombas de impulso, carneiros hidráulicos, bombas de velocidade, bombas centrífugas, bombas de fluxo radial, bombas de fluxo axial, bombas de fluxo misto, bombas de injeção, bombas de gravidade ou uma combinação delas. Em algumas modalidades, a bomba para o fluido formador de corpos 207 compreende uma bomba de seringa ou uma bomba peristáltica.

[084] Conforme foi mencionado acima, a geração de fibras ocorre no dispositivo de fluxo 205. O dispositivo de fluxo 205 pode ter uma série de configurações, duas das quais são ilustradas na Figura 2. Cada configuração utiliza métodos diferentes para desenvolver o fluxo laminar no local de confluência de fluxos.

[085] A Figura 2 ilustra uma primeira modalidade do dispositivo de fluxo 205A em que dois condutos de fluxo separados 225 convertem no local de confluência de fluxos 245, e em seguida correm para dentro de uma constrição de fluxo 227. O dispositivo de fluxo 205A tem, portanto, três seções distintas: uma primeira seção de fluxo 226A compreendendo uma seção de entrada, compreendendo os dois condutos de fluxo separados 225A e 225B, tendo cada um deles uma altura de conduto hentrada; uma segunda seção de fluxo 228A, compreendendo um conduto de saída 229A tendo uma altura de conduto hsaída; e uma terceira seção de fluxo 230A localizada entre a primeira seção de fluxo 226A e a segunda seção de fluxo 228A tendo uma área de seção transversal de transição que se afusa (na modalidade ilustrada de aproximadamente 10°, embora deva ser observado que o ângulo exato pode varia) entre a primeira seção de fluxo 226A e a segunda seção de fluxo 228A.

[086] Conforme mostrado nas figuras, a área de fluxo combinada proporcionada pela altura de condutos combinada de 2 x hentrada dos condutos 225A e 225B separados da primeira seção 226A é maior do que a altura de conduto hsaída do conduto de saída 229A da segunda seção de fluxo 228A. A área de seção transversal da primeira seção de fluxo 226A é, portanto, maior do que a segunda seção de fluxo 228A. Esta alteração dimensional forma uma constrição de fluxo, começando na entrada de constrição 227 na terceira seção de fluxo 230A. A constrição de fluxo compreende, de preferência, uma redução na área de seção transversal entre a primeira seção de fluxo 226A e a segunda seção de fluxo 228A de pelo menos 50%, mais preferível de pelo menos 60%, ainda mais preferível de pelo menos 70%, o mais preferível de 75%. No entanto, deve ser observado que as dimensões exatas dependerão do tamanho e da configuração do dispositivo de fluxo 205A e do aparelho 200.

[087] O fluxo de fluido nos condutos separados 225A e 225B é controlado para proporcionar um fluxo laminar através dos condutos 225A e 225B e para o local de confluência de fluxos 245. O fluxo combinado então corre para o conduto de saída 229A. Conforme será facilmente compreendido, o fluxo laminar pode ser produzido pela otimização e controle de diversos parâmetros de fluxo, incluindo a velocidade de fluxo, configuração dos condutos, propriedades do fluido e semelhantes.

[088] O local de confluência de fluxos 245 inclui um ou mais orifício de introdução de fluido 249 localizado na borda de confluência 245A ou na propriedade desta borda, configurados para a introdução do fluido formador de corpos no meio de dispersão. Conforme foi observado acima, o fluxo nos condutos separados 225A e 225B é controlado para proporcionar um fluxo laminar através dos condutos 225A e 225B e para o local de confluência de fluxos 245. A localização dos orifícios de introdução de fluido 249 na borda de confluência 245A, portanto, proporciona uma transição suave, entre o fluxo externo do meio de dispersão e o fluxo injetado do fluido formador de corpos. Cada um dos orifícios 249 está conectado por fluido a um conduto 251 que passa por um elemento de separação 241 entre os condutos 225A e 225B e se conecta por fluido a um canal de alimentação central 253 no elemento de separação 241. O elemento de separação 241 pode consistir em qualquer(quaisquer) parede(s), placa(s) ou corpo(s) usado(s) para separar os dois condutos de fluxo 225A e 225B no dispositivo de fluxo 205A. O canal de alimentação central 253 está conectado por fluido à bomba para fluido formador de corpos 207 (Figura 1) que introduz o fluido formador de corpos nos orifícios de introdução de fluido 249 a uma taxa de fluxo desejada.

[089] Deve ser observado que a borda de confluência 245A está afastada a montante da constrição 227 e do começo da segunda seção de fluxo 228A, com a borda de confluência 245A posicionada no interior da seção de fluxo terceira 230A. Isto cria uma zona separada de introdução de fluido formador de corpos na proximidade da borda de confluência 245A e zona de aceleração dentro da segunda seção de fluxo 228A.

[090] Os condutos de fluxo ilustrados 225, 225B e 229A podem ter qualquer configuração adequada e qualquer formato em seção transversal. Em algumas modalidades, os condutos de fluxo 225A, 225B e 229A tendo um formato de seção transversal circular, oval, quadrado, retangular ou polígono regular. Em outras modalidades, os condutos de fluxo 225A, 225B e 229a são formados entre duas placas afastadas entre si 208A e 209A tendo uma placa divisória 241 localizada entre elas.

[091] As Figuras 3 a 11 ilustram uma segunda modalidade do dispositivo de fluxo 205B para uso no aparelho 200 mostrado na figura 1. Conforme mostrado na figura 3, esta modalidade do dispositivo de fluxo 205B separa uma única entrada 225 de meio de dispersão em dois trajetos de fluxo separados 225C e 225D usando um hidrofólio 240.

[092] Conforme se pode ver melhor na Figura 7 o dispositivo de fluxo ilustrado compreende um invólucro estanque a fluido 206 que aloja um par de placas afastadas entre si, uma placa superior 208, e uma placa inferior 209, entre as quais corre o meio de dispersão. O invólucro estanque a fluido 204 compreende um corpo tubular alongado 210 tendo uma seção transversal retangular. O corpo tubular 210 inclui uma parte superior 212 e uma base 214 que se encontra substancialmente paralela a cada placa 208. O corpo tubular 210 inclui duas extremidades flangeadas 215. As placas de extremidade 216 e 217 são vedadas contra fluido sobre as extremidades das extremidades flangeadas 215 usando-se uma série de fixadores 218, neste caso cavilhas e porcas de fixação. Uma vedação contra fluido, tal como um anel de vedação (não ilustrado) é interposta entre as placas de extremidade respectivas 216 e 217 e as extremidades flangeadas 215. Um cabeçote de entrada 220 e um cabeçote de saída 222 compreendendo condutos cônicos ou alargados são formados nas placas de extremidade 216 e 217, e são usados para conectar para o fluido um trajeto de fluxo entre as placas 208 e 209 e o circuito de fluxo 202.

[093] A placa superior 208 é fixada de modo deslocável à parte superior 212 do corpo tubular alongado 210 através de uma série de fixadores ajustáveis 216 (dois dos quais são mostrados na Figura 7), ilustrados como cavilhas. De modo análogo, a placa inferior 209 é fixada de modo deslocável à base 214 do corpo tubular alongado 210 através de uma série de fixadores ajustáveis 217 (dois dos quais são mostrados na Figura 7), ilustrados como cavilhas. A distância entre a parte superior 212 e a placa superior 208 e a distância entre a base 214 e a placa inferior 209 podem ser ajustadas girando-se os fixadores ajustáveis 216 e 217 respectivos, ajustando-se deste modo, a posição da placa superior 208 ou a placa inferior 209 sobre aquele fixador. Deve ser observado que poderiam ser também usadas outras fixações e outros arranjos ajustáveis, e estes incidirão no espírito e âmbito da presente invenção.

[094] As placas 208 e 209 mantidas dentro do dispositivo de fluxo 201 são mais bem ilustradas nas figuras 3 a 7. Conforme mostrado nessas figuras, as placas consistem em duas placas afastadas entre si, formando entre as placas o vão G, através do qual corre o meio de dispersão. O vão G tem três seções distintas: uma primeira seção de fluxo 226, compreendendo uma seção de entrada tendo uma altura de vão Hentrada (Figura 3); uma segunda seção de fluxo 228, compreendendo uma seção de saída tendo uma altura de vão Hsaída (Figura 3); e uma terceira seção de fluxo 230 localizada entre a primeira seção de fluxo 226 e a segunda seção de fluxo 228 tendo uma área de seção transversal de transição que se afusa de aproximadamente 10° entre a primeira seção de fluxo 226 e a segunda seção de fluxo 228.

[095] Conforme mostrado nas figuras, Hentrada é superior a Hsaída, tornando a área de seção transversal da primeira seção de fluxo 226 maior do que a área de seção transversal da segunda seção de fluxo 228. Esta alteração dimensional forma uma constrição de fluxo 227 na terceira seção de fluxo 230. A constrição de fluxo compreende, de preferência, uma redução em área de seção transversal entre a primeira seção de fluxo e a segunda seção de fluxo de pelo menos 50%, mais preferível de pelo menos 60%, ainda mais preferível de pelo menos 70%, o mais preferível de pelo menos 75%. Na modalidade ilustrada, o vão entre as placas se reduz, de preferência, de uma altura Hentrada de 9 mm para uma Hsaída de 2 mm. No entanto, deve ser observado que as dimensões exatas dependeriam do tamanho e da escala do aparelho 200.

[096] Pode se fazer variar a dimensão do vão entre a primeira seção de fluxo (Hentrada) e a segunda seção de fluxo (Hsaída) entre as placas 208 e 209 alterando-se o posicionamento das duas placas 208, 209 no interior do invólucro 204 usando-se os fixadores ajustáveis 218 conforme foi descrito acima.

[097] O hidrofólio 240 (mais bem ilustrado nas Figuras 4 e 7) está localizado entre as placas 208, 209 e substancialmente no interior da terceira seção de fluxo 230 do vão G. Deve ser observado que a borda traseira 244 do hidrofólio 240 é afastada a montante do início da segunda seção de fluxo 228, a borda traseira 244 posicionada no interior da terceira seção de fluxo 230. Isto cria uma zona de introdução de fluido formador de corpos separados na proximidade da borda traseira 244 do hidrofólio 240 e uma zona de aceleração no interior da segunda seção de fluxo 228 do vão G.

[098] Conforme vem mais bem mostrado na Figura 4, o hidrofólio 240 auxilia na aceleração do meio de dispersão na proximidade da borda traseira 244 do hidrofólio 240 e depois desta borda, para estirar e formar um filamento de polímero fibroso a partir do fluido formador de corpos introduzido da borda traseira 244 do hidrofólio 240. A zona de aceleração de fluido segue a borda traseira 244 do hidrofólio 240, e é acentuada pela constrição de fluxo 227 de segunda seção de fluxo 228 e na terceira seção de fluxo 230. Novamente, a aceleração do fluido pode também criar o tensão de tração necessário no corpo e/ou as taxas de cisalhamento no meio de dispersão para fragmentar o corpo formado pelo fluido formador de corpos no meio de dispersão.

[099] Embora não se queira ser cerceado por qualquer uma teoria, pressupõe-se que a zona de aceleração que se segue à borda traseira 244 do hidrofólio 240 (criada pelo hidrofólio e pela constrição de fluxo na segunda seção de fluxo 228 e na terceira seção de fluxo 230) acelera o meio de dispersão e o corpo formado através da segunda seção de fluxo 228, induzindo o desenvolvimento de um campo de fluxo de distensão. O corpo, no caso do exemplo ilustrado na Figura 4, uma fibra, transportado pelo fluido é distendido em resposta à aceleração do meio de dispersão. A diferença de velocidade entre a segunda seção de fluxo 228 e a terceira seção de fluxo 230 resulta em uma tensão de tração no interior da fibra. A tensão de cisalhamento pode ser aplicada pelas características de fluxo do meio de dispersão circundante. O corpo, neste caso uma fibra, se fragmenta se a tensão máxima no interior do corpo e a aplicada ao corpo exceder a resistência à tração da fibra.

[0100] O hidrofólio 240 ilustrado tem uma configuração linear e é substancialmente simétrico ao redor de uma linha de corda X-X (Figura 3) entre a face dianteira 242 e a borda traseira 242 do hidrofólio 244. Conforme é compreendido na técnica, a linha de corda X-X de um hidrofólio 240 é uma linha reta conectando a borda dianteira 248 e a borda traseira 244 do hidrofólio 240. A face dianteira 242 do hidrofólio ilustrado 240 compreende uma superfície arredondada ou curva. Além disso, a borda traseira 244 do hidrofólio 240 compreende uma borda substancialmente chata. O hidrofólio 240 também tem um corpo afusado 245 que se afusa de aproximadamente 10° (ângulo 0 na Figura 5, ângulo α é 160) entre a face dianteira 242 e as suas bordas traseiras 244 em relação à linha de corda X-X, entre elas. Vantajosamente, esta configuração também cria um fluxo laminar na ou na proximidade da borda traseira 244 do hidrofólio 240.

[0101] Em algumas modalidades (não ilustradas), o corpo 245 afusado do hidrofólio 240 inclui pelo menos uma curva ou onda ao longo do comprimento longitudinal do corpo afusado 245. Em algumas modalidades, o corpo afusado 245 do hidrofólio 240 inclui uma pluralidade de curvas ou ondas ao longo do seu comprimento longitudinal para criar um padrão de fluxo desejado em todo o hidrofólio 240.

[0102] O hidrofólio 240 é posicionado entre as placas 208 e 209 com a borda traseira 244 do hidrofólio 240 na proximidade da transição da terceira seção de fluxo 230 para a segunda seção de fluxo 228. A face dianteira 242 do hidrofólio 240 está localizada no interior de uma porção de extremidade da primeira seção de fluxo 226, imediatamente antes da terceira seção de fluxo 230. Conforme se pode ver melhor na Figura 11, o hidrofólio 240 também fixado ao invólucro 210, com as bordas laterais 243 do hidrofólio sendo fixadas ao lado adjacente do invólucro 210. Esta conexão pode consistir em qualquer arranjo adequado de fixação ou de conexão que inclui fixadores, rebites, braçadeiras de montagem, fixadores de encaixe por compressão ou semelhantes. A conexão permite, de preferência, que o hidrofólio 240 se desloque no interior do vão G, de preferência, gire ao redor do ponto de conexão entre as placas 208, 209. Isto permite que o hidrofólio 240 se alinhe automaticamente dentro do fluxo do meio de dispersão, garantindo assim um fluxo simétrico ao redor do hidrofólio 240 e nos orifícios de introdução de fluido 250 (descritos abaixo).

[0103] Em uso, o arranjo de bomba 203 bombeia a meio de dispersão para dentro do cabeçote de entrada 220 do dispositivo de fluxo 205B, entre as placas 208 e 209 e por todo o hidrofólio 240. O meio de dispersão pode, portanto, ser bombeado pelo hidrofólio 240 a uma taxa de fluxo desejada para acelerar o fluido formador de corpos para estirar e formar um filamento de polímero fibroso na borda traseira 244 do hidrofólio 240.

[0104] Nesta modalidade, a aceleração e a constrição do meio de dispersão e do fluido formador de corpos em seu interior seguindo a borda traseira 244 do hidrofólio 240 e no interior da terceira seção de fluxo 230 criam condições que permitem a fragmentação do corpo formado. No caso em que o corpo é um filamento, isto resulta na formação de fibras, tipicamente fibras curtas. O cisalhamento ou a fragmentação do corpo formado, por exemplo, um filamento para fornecer as fibras pode ser conduzido a uma tensão de cisalhamento adequado. Na modalidade ilustrada, a configuração do hidrofólio 240, da terceira seção de fluxo 230 e da velocidade de fluxo do meio de dispersão por todo o hidrofólio 240 da face dianteira 242 até a sua borda traseira 244 cria um cisalhamento no meio de dispersão na extremidade traseira do hidrofólio onde a velocidade linear do fluido é de pelo menos 0,2 m/s, de preferência entre 0,2 e 20 m/s, ainda mais preferível entre 0,3 e 10 m/s. Em algumas modalidades, a fragmentação pode resultar através do desenvolvimento de tensões de cisalhamento na faixa de aproximadamente 100 e aproximadamente 190.000 cP/segundo.

[0105] Embora seja ilustrado um hidrofólio 240, deve ser observado que são também possíveis sistemas de múltiplos hidrofólios e que eles incidem no âmbito da presente invenção. Os sistemas de múltiplos hidrofólios podem ter os hidrofólios alinhados lado a lado, empilhados, colocados em paralelo, em série ou semelhantes.

[0106] Conforme melhor lustrado na Figura 7, o hidrofólio 240 inclui uma pluralidade de orifícios de introdução de fluido 250 localizados na borda traseira 244 ou na sua proximidade, e configurados para introduzir o fluido formador de corpos dentro do meio de dispersão. Conforma já discutido acima, o hidrofólio 240 é configurado para proporcionar um fluxo laminar na sua borda traseira 244. A localização dos orifícios de introdução de fluido 250 na borda traseira 244, portanto, proporciona uma transição suave entre o fluxo de meio de dispersão e o fluxo injetado do fluido formador de corpos. Cada orifício de introdução de fluido 250 é afastado de uma dimensão F ao longo do comprimento longitudinal do hidrofólio 240. Cada um dos orifícios 250 é conectado por fluido a um conduto 252 que se estende através de cada hidrofólio 240 e se conecta por fluido a um canal de alimentação central 254 no hidrofólio 240. O canal de alimentação central 254 se estende substancialmente longitudinalmente pelo comprimento do hidrofólio 240. Esse canal de alimento central 254 está conectado por fluido à bomba para fluido formador de corpos 207 (Figura 1) que introduz o fluido formador de corpos nos orifícios de introdução de fluido 250 a uma taxa de fluxo desejada.

[0107] O uso de uma pluralidade de orifícios de introdução de fluido 250 proporciona um meio para se ter uma grande taxa de produção de fibras.

[0108] Novamente, o fluido formador de corpos pode ser injetado no meio de dispersão a uma taxa dentro de uma faixa selecionada de aproximadamente 0,0001 l/hora a aproximadamente 10 L/hora, ou de aproximadamente 0,1 L/hora a 10 L/hora. Quando o fluido formador de corpos é uma solução formadora de corpos, tal como uma solução polimérica, a solução formadora de corpo pode ser injetada no meio de dispersão a uma taxa dentro de uma faixa selecionada do grupo que consiste numa taxa de aproximadamente 0,0001 l/hora a 10 L/hora, de aproximadamente 0,001 L/hora a 10 L/hora, ou de aproximadamente 0,1 L/hora a 10 L/hora.

[0109] Os versados na técnica compreenderão que se pode fazer variar a taxa à qual o fluido formador de corpos é introduzido no meio de dispersão de acordo com a escala do dispositivo de fluxo 205 e do aparelho 200 e do volume de fluido formador de corpos empregado, e do tempo desejado para a introdução de um volume selecionado do fluido formador de corpos no meio de dispersão. Em algumas modalidades, pode ser desejável se introduzir o fluido formador de corpos no meio de dispersão a uma taxa mais elevada, uma vez que isto pode auxiliar na formação de fibras com morfologias superficiais mais lisas.

[0110] O uso de um hidrofólio 240 permite que os orifícios de introdução de fluido 250 tenham uma série de diferentes formatos e configurações, mantendo ao mesmo tempo o controle sobre o fluxo do meio de dispersão que corre para estes orifícios de introdução de fluido 250. Portanto, embora não tenha sido ilustrado, deve ser observado que os orifícios de introdução de fluido 250 poderiam ter qualquer série de formatos, incluindo formato de estrela, formato oval, de qualquer série de polígonos regulares tais como formato triangular, quadrado, retangular, pentagonal, octogonal ou semelhantes.

[0111] Conforme ilustrado na Figura 8, o hidrofólio 340 pode ter uma geometria cilíndrica ou elíptica, tendo a face dianteira 342 e a borda traseira 344 uma configuração anular, centralizado ao redor de um ponto central Y de hidrofólio. Conforme mostrado na Figura 8(B), este hidrofólio 340 tem um formato toroidal tendo um adelgaçamento entre a face dianteira 342 e a borda traseira 344. O hidrofólio 340 inclui uma pluralidade de orifícios de introdução de fluido 250 localizados em circunferência e afastados entre si ao redor da borda traseira 344. Tal como no caso do hidrofólio 150 mostrado na Figura 6 e 8, cada um dos orifícios de introdução de fluido 350 é conectado por fluido a um conduto 352 que se estende através de cada hidrofólio 340 e conecta por fluido a um canal de alimentação central 354 no hidrofólio 340. O canal de alimentação central 354 se estende anularmente ao redor da circunferência do hidrofólio 240. Esse canal de alimentação central 354 está conectado por fluido a uma bomba de alimentação do fluido formador de corpos (não ilustrada) que introduz o fluido formador de corpos nos orifícios de introdução de fluido 250 a uma taxa de fluxo desejada. O hidrofólio 340 seria de preferência suspenso em um conduto usando-se um ou mais suportes ou escoras. Embora não tenha sido ilustrado, deve ser observado que a conexão por fluido a uma bomba de alimentação de fluido formador de corpos (a bomba 207 mostrada na Figura 1, por exemplo) seria provavelmente posicionada em um ou mais destas escoras/suportes. Em uso o meio de dispersão correria através do espaço interno vazio e das superfícies externas do hidrofólio 340.

[0112] Embora não tenha sido ilustrado, deve ser observado que os orifícios de introdução 250 poderiam ser conectados por fluido a pelo menos dois fluidos formadores de corpos diferentes. Isto permite que uma fibra seja formada incluindo dois materiais diferentes.

[0113] Conforme ilustrado na Figura 9, os orifícios de introdução de fluido 450 em algumas modalidades do hidrofólio 440 podem ser conectados por fluido a dois condutos ou canais 452A e 452B através dos quais corre o fluido formador de corpos. Na modalidade ilustrada, cada conduto ou canal 452A e 452B está conectado a um canal de alimentação central separado 454A e 454B que introduz um fluido formador de corpos selecionado nos condutos respectivos 452A e 452B. Os condutos separados 452A e 452B se unem em uma seção de confluência 455 localizada na proximidade dos orifícios de introdução de fluido 450. A seção de confluência 455 compreende uma junta em Y na modalidade ilustrada, mas pode compreender uma junta em T ou outra configuração de junta em outras modalidades. A seção de confluência 455 também inclui um conduto curto conectado por fluido ao orifício de introdução de fluido 250. Este arranjo proporciona um meio de se “pré-misturar” diferentes fluidos formadores de corpos graças aos canais de fluxo laminar, para se obter fibras de domínios múltiplos.

[0114] Conforme mostrado na Figura 10, os orifícios de introdução de fluido 250 podem compreender diversos formatos e configurações. Os orifícios de introdução de fluido 250 poderiam compreender um formato circular (Figura 10(a) a (e)), de estrela (Figura 10(f)), quadrado ((Figura 10(g) e (h)), cruz (Figura 10(i)) ou retangular/fenda (Figura 10(j)). Deve ser observado que o orifício 250 poderia compreender um grande número de outros formatos além dos ilustrados na Figura 10.

[0115] Conforme ilustrado nas Figuras 10 (c), (d) e (h), o orifício de introdução de fluido 250 poderia compreender dois ou mais orifícios 250 próximos e alinhados, cada orifício 250 conectado por fluido a um fluido formador de corpos diferente. Isto permite que os fluidos formadores de corpos respectivos se sobreponham, se entrelacem ou pelo menos interajam de algum modo quando introduzidos no meio de dispersão. Adicionalmente, isto permite que se formem configurações de fibras com dois materiais diferentes tendo configurações de fibras entrelaçadas, misturadas ou de outro modo qualquer interconectadas. O orifício 250 mostrado na Figura 10(c) compreende dois orifícios de introdução de fluido contíguos 250X e 250Y formados em um orifício circular. Cada um dos orifícios de introdução de fluido 250X e 250Y estaria conectado por fluido a um arranjo separado de alimentação de fluido formador de corpos (conduto 252 e canal de alimentação central 254). De modo análogo, o orifício 250 mostrado nas Figuras 10(d) e (e) compreende quatro orifícios de introdução de fluido contíguos 250E, 250F, 250J e 250K formados em um orifício circular ou quadrado. Novamente cada um dos orifícios de introdução de fluido 250E, 250F, 250J e 250K seriam conectados por fluido a um arranjo separado de alimentação de fluido formador de corpos (conduto 252 e canal de alimentação central 254).

[0116] Conforme mostrado nas Figuras 10(b) e (e), os orifícios de introdução de fluido 250 compreendem dois ou mais orifícios dispostos concentricamente ou sobrepostos. Isto pode produzir uma configuração de fibra dentro de fibra, em que uma primeira fibra está encapsulada ou de outro modo formada no interior da outra fibra. Um primeiro material pode ser encapsulado no interior de um segundo material naquelas modalidades em que os pelo menos dois dos pelo menos dois orifícios estão conectados por fluido a diferentes fluidos formadores de corpos. O orifício 250 mostrado na Figura 10(b) compreende dois orifícios de introdução de fluido circulares 250M e 250N dispostos concentricamente. Do mesmo modo, o orifício 250 mostrado na Figura 10(e) compreende dois orifícios de introdução de fluido circulares 250M e 250N dispostos por sobreposição. O orifício de introdução de fluido interno 250N é formado no interior do orifício de introdução de fluido externo 250M, e está posicionado de modo descentralizado em relação ao orifício de introdução de fluido externo 250M. Cada um dos orifícios de introdução de fluido 250M e 250N estaria conectado por fluido a um arranjo separado de alimentação de fluido formador de corpos (conduto 252 e canal de alimentação central 254).

[0117] O fluxo de fluido na primeira seção de fluxo 226 do conduto pode ter qualquer característica de fluxo adequada, incluindo laminar, turbulenta ou semelhante. Em modalidades preferidas, o arranjo de fluxo de fluido forma um fluxo laminar na primeira seção de fluxo 226. Para auxiliar no fluxo laminar, uma série de chicanas difusoras 276 está localizada no início da primeira seção de fluxo 226 que, em uso, entra em contato com o fluxo de meio de dispersão a montante do hidrofólio 240.

[0118] Com referência agora à Figura 12, é mostrado um segundo aparelho 500 para a produção de corpos tais como fibras e/ou nanofibras curtas. O aparelho ilustrado 500 inclui um recipiente para fluido 502 formando um alojamento para fluido configurado para alojar um meio de dispersão 504; um arranjo agitador ou misturador 506, que inclui um elemento de acionamento 506, neste caso, um motor, conectado a um eixo 510 que tem um arranjo de impulsor 512 imerso no meio de dispersão 504. O arranjo de impulsor 512 inclui dois hidrofólios 514 dispostos a 180° de distância ao redor do impulsor. Cada hidrofólio 514 tem uma face dianteira 516 e borda traseira 518. Os hidrofólios 514 são acionados para girar dentro do meio de dispersão 504 na direção das setas A pelo elemento de acionamento 508 para fazer com que o meio de dispersão 504 corra por cada hidrofólio 514 da face dianteira 516 até a sua borda traseira 518.

[0119] Cada hidrofólio 514 inclui uma pluralidade de orifícios de introdução de fluido 520 localizados na borda traseira ou na sua proximidade e configurados para introduzir o fluido formador de corpos no meio de dispersão. Cada um dos orifícios 520 está em conexão por fluido a um conduto que se estende através de cada hidrofólio 514 e através do eixo 510 para um conduto de conexão 522. O conduto de conexão 522 é conectado por fluido a uma bomba (não ilustrada) tal como uma bomba peristáltica, bomba de seringa, ou semelhante, que introduz o fluido formador de corpos nos orifícios de introdução de fluido 520 a uma taxa de fluxo desejada.

[0120] O fluido formador de corpos pode ser injetado no meio de dispersão a uma taxa numa faixa selecionada de 0,0001 L/hora a aproximadamente 10 L/hora, ou de aproximadamente 0,1 L/hora a 10 L/hora. Quando o fluido formador de corpos for uma solução formadora de corpos, tal como uma solução polimérica, a solução formadora de corpos pode ser injetada na meio de dispersão a uma taxa numa faixa selecionada do grupo que consiste de aproximadamente 0,0001 L/hora a 10 l/hora, de aproximadamente 0,001 L/hora a 10 L/hora ou de aproximadamente 0,1 L/hora a 10 L/hora.

[0121] Novamente, os versados na técnica relevante compreenderão que pode-se fazer variar a taxa à qual um fluido formador de corpos é introduzido no meio de dispersão de acordo com a escala do aparelho 500, com o volume do fluido formador de corpos empregado e o tempo desejado para a introdução de um volume selecionado do fluido formador de corpos no meio de dispersão. Em algumas modalidades pode ser desejável a introdução do fluido formador de corpos no meio de dispersão a uma taxa mais rápida, uma vez que isso pode auxiliar na formação de fibras com morfologias superficiais mais lisas.

[0122] O recipiente de fluido 502 pode compreender qualquer receptáculo, recipiente, vasilhame ou outro corpo que contenha um volume de líquido e que possa alojar o meio de dispersão 504. O recipiente exato dependerá da escala do aparelho. Para a produção em escala de bancada, poderia ser usado um copo ou outro recipiente de topo de bancada. Para uma produção em escala maior, pode se pensar que seria adequado um recipiente de processo misturador de grande porte ou semelhante.

[0123] A configuração dos hidrofólios 514 cria a aceleração necessária do fluido formador de corpos para estirar e formar um corpo desejado tal como uma partícula ou filamento polimérico fibroso a partir do fluido formador de corpos introduzidos na borda traseira 518 do hidrofólio 514. Novamente, o padrão de fluxo e a aceleração do fluido podem também produzir uma constrição de fluido no meio de dispersão na proximidade e/ou imediatamente depois da borda traseira 518 do hidrofólio 514. Em alguns casos, a aceleração criada pode produzir uma tensão de tração necessária e/ou taxas de cisalhamento necessárias para fragmentar esse corpo formado pelo fluido formador de corpos no meio de dispersão. No caso de filamentos formados, essa fragmentação pode formar fibras curtas.

[0124] O hidrofólio ilustrado 514 pode ter uma configuração semelhante a do hidrofólio 240 descrito em relação ao dispositivo de fluxo 205B da modalidade precedente.

[0125] Conforme já descrito, um grande número de fluidos formadores de corpos e de meios de dispersão pode ser usado no aparelho da presente invenção. Exemplos adequados de cada um do fluido formador de corpos (descrito como um líquido formador de fibras) e do meio de dispersão são descritos detalhadamente no pedido internacional PCT/AU2012/001273, cujo conteúdo é incorporado a este relatório por esta referência. EXEMPLOS EXEMPLO 1 — PREVISÕES DE CISALHAMENTO

[0126] Para se determinar se o dispositivo de fluxo ilustrado nas Figuras 3 a 11 pode gerar as forças de cisalhamento necessárias sob o fluxo laminador, foram conduzidos os cálculos mostrados neste documento. Todos os cálculos são feitos com referência ao site http://www.pressure-drop.com/Online-Calculator/index.html e a seguinte lista de valores: Densidade do butanol: 805,7 kg m-3 Viscosidade do butanol: 2,593 10-3 kg m-1 s-1 Aspereza absoluta da tubulação 0,01 mm Largura da tubulação: 10 cm Cálculos do volume e velocidade/cisalhamento

[0127] As seguintes pressões por metro de tubulação a diferentes velocidades e alturas de saída da tubulação (Hsaída) foram calculadas para uma tubulação de teste de seção transversal retangular tendo uma largura de 10 cm e a altura especificada em cada uma das tabelas. Tabela 1: 1 mm de altura

Tabela 2: 2 mm de altura

Tabela 3: 3 mm de altura

Tabela 4: 6 mm de altura

* Tipo de fluxo é ou L= Laminar ou T = Turbulento

[0128] Os resultados indicam que o fluxo laminar é possível em cada uma das condições especificadas para cada um dos condutos de entrada e saída. Deve ser observado que o conduto de entrada (a primeira seção 226 da Figura 3) terá o mesmo volume se deslocando através dele que o conduto de saída (a segunda seção 228 na Figura 3), e terá assim uma pressão menor, uma velocidade mais baixa e um tipo de fluxo similar ao da saída (ainda proporcional aos valores acima) para o tamanho de conduto selecionado para o conduto de saída. EXEMPLO 2 — APARELHO DE GERAÇÃO DE FIBRAS

[0129] O dispositivo de fluxo 205B ilustrado na Figura 11 e ilustrado em geral na Figura 1 foi utilizado para gerar nanofibras.

[0130] As dimensões (em mm) do canal de fluxo e do hidrofólio 240 são mostradas na Figura 13. Conforme mostrado na figura 13, a seção de canal de entrada 500 tem uma altura e profundidade de 8,92 mm x 3 mm de profundidade, e a seção de canal de saída 502 tem uma altura e profundidade de 1,84 mm x 3 mm. A profundidade do canal em todo o dispositivo foi de 3 mm. Conforma mostrado na Figura 1, uma bomba 203 (bomba de seringa KDS Legato-270) foi usada para bombear um meio de dispersão de butanol mantido a ~15°C para dentro do cabeçote de entrada 220 do dispositivo de fluxo 205B, entre as placas 208 e 209 e em todo o hidrofólio 240. O meio de dispersão de butanol foi bombeado sobre o hidrofólio 240 a diversas taxas de fluxo conforme detalhado na Tabela 5. Um fluido formador de corpos de poli(etileno ácido acrílico) (PEAA) mantido a ~22°C foi bombeado para dentro do canal de alimentação central 254 no hidrofólio 240 a diversas taxas de fluxo usando uma bomba de seringa 207 (New Era NE-4000), novamente conforme detalhado na Tabela 5, com o fluido formador de corpos correndo entre as placas 208 e 209. Também se fez variar a concentração de poli(etileno ácido acrílico) (PEAA) usado conforme detalhado na Tabela 5. Tabela 5: Condições Experimentais e Resultados

[0131] As fibras formadas em cada ciclo foram capturadas do fluxo usando-se um frasco de 20 mL disposto na saída do dispositivo. As fibras resultantes foram então secas sobre uma lâmina de microscópio, estudadas e fotografadas usando- se um microscópio ótico (Olympus DP71). O diâmetro médio das fibras produzidas foi então determinado a partir destas imagens, os seus resultados apresentados na Tabela 5. As imagens óticas das fibras produzidas a partir de cada ciclo são mostradas nas Figuras 13 a 18 e correspondem aos diversos ciclos conforme detalhado na Tabela 5.

[0132] Os resultados claramente ilustram que o dispositivo de fluxo mostrado na figura 11 produz fibras curtas tendo diâmetros na faixa submicrônica em uma faixa de condições de meio de dispersão e fluxo de fluido formador de corpos.

[0133] Os versados na técnica observarão que a invenção descrita no presente documento é passível de variações e modificações diferentes das especificamente descritas. Deve ficar subentendido que a invenção inclui todas estas variações e modificações que incidirem no espírito e âmbito da presente invenção.

[0134] Nos casos em que os termos “compreender”, “compreende”, “compreendido” ou “compreendendo” foram usados no relatório (inclusive nas reivindicações) eles devem ser interpretados como especificando a presença das características, números inteiros, etapas ou componentes declarados, mas não excluindo a presença de um ou mais de outras características, números inteiros, etapas, componentes ou grupos deles.

Claims

1. Aparelho (200, 500) para a produção de nanofibras curtas através da introdução de fluido formador de corpos em um meio de dispersão, o aparelho (200) CARACTERIZADO pelo fato de que inclui: um alojamento para fluido (205A, 206, 502) configurado para alojar um meio de dispersão; pelo menos dois trajetos de fluxo separados (225A, 225B, 225C, 225D) ao longo dos quais o meio de dispersão corre em um fluxo laminar, cada trajeto de fluxo separado compreendendo um trajeto de fluxo separado (225A, 225B, 225C, 225D), convergindo pelo menos dois dos trajetos de fluxo separados (225A, 225B, 225C, 225D) em um local de confluência de fluxos (244, 245, 518); um arranjo de fluxo de fluido (207) que, em uso, faz com que o meio de dispersão corra ao longo de cada trajeto de fluxo (225A, 225B, 225C, 225D) para o local de confluência de fluxos (245); pelo menos um arranjo de introdução de fluido (249, 251, 520) localizado no local de confluência de fluxos ou na sua proximidade, configurado, em uso, para introduzir o fluido formador de corpos no meio de dispersão; e um arranjo de constrição de fluxo (230A, 227, 229A, 240, 514) na proximidade de ou depois do local de confluência de fluxos (244, 245, 518), que em uso, restringe e acelera o fluxo de meio de dispersão na proximidade de e/ou depois do local de confluência de fluxos (244, 245, 518) formando assim as nanofibras curtas.

2. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de constrição de fluxo (230A, 227, 229A, 240, 514) inclui uma redução na área total de seção transversal do fluxo de fluido proveniente do fluxo a montante do local de confluência de fluxos (244, 245, 518) em comparação com o fluxo a jusante do local de confluência de fluxos (244, 245, 518).

3. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento para fluido (205A, 206) inclui pelo menos uma primeira seção de fluxo (226, 226A) tendo uma primeira área de seção transversal de fluxo de fluido e pelo menos uma segunda seção de fluxo (228, 228A) tendo uma segunda área de seção transversal de fluxo de fluido, a primeira área de seção transversal de fluxo de fluido maior do que a segunda área de seção transversal de fluxo de fluido.

4. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a constrição de fluxo (230A, 227, 229A, 240, 514) compreende uma redução em área de seção transversal de fluxo de fluido entre a primeira seção de fluxo (226, 226A) e a segunda seção de fluxo (228, 228A) de pelo menos 50%.

5. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o local de confluência de fluxos (244, 245) é afastado a montante do início da segunda seção de fluxo (228, 228A).

6. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 3, 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui ainda uma terceira seção de fluxo (230, 230A) localizada entre a primeira seção de fluxo (226, 226A) e a segunda seção de fluxo (228, 228A) do alojamento para fluido (205A, 206), a terceira seção de fluxo (230, 230A) tendo uma área de seção transversal que se afusa e que interconecta a primeira (226, 226A) e a segunda (228, 228A) seção de fluxo.

7. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a transição na área de seção transversal de terceira seção de fluxo (230, 230A) compreende entre 5 e 30° de afusamento entre a primeira (226, 226A) e a segunda (228, 228A) seção de fluxo.

8. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de introdução de fluido (249, 251, 520) inclui pelo menos um orifício.

9. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o local de confluência de fluxos (244, 245) inclui uma borda de confluência de fluxos na proximidade do local onde os pelo menos dois fluxos separados se intersectam e confluem, o pelo menos um orifício localizado nessa borda de confluência de fluxos ou no interior dessa borda de confluência de fluxos.

10. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 8 ou 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um orifício está conectado por fluido a pelo menos dois fluidos formadores de corpos diferentes.

11. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um orifício está conectado por fluido a pelo menos dois condutos ou canais através dos quais corre pelo menos um fluido formador de corpos, cada conduto ou canal ligado em uma seção de confluência (244, 245) localizada na proximidade ao pelo menos um orifício.

12. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção de confluência (244, 245) inclui um conduto ou canal curto conectado por fluido a pelo menos um orifício.

13. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a seção de confluência (244, 245) compreende uma junção em Y ou em T.

14. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de introdução de fluido (249, 251, 520) compreende pelo menos dois orifícios próximos, cada orifício conectado por fluido a pelo menos um fluido formador de corpos.

15. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos dois dos orifícios estão conectados por fluido a fluidos formadores de corpos diferentes.

16. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 14 ou 15, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos dois dos orifícios são dispostos com um primeiro orifício contido no interior de um segundo orifício.

17. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma pluralidade de arranjos de introdução de fluido (249, 251, 520) afastados entre si ao longo do local de confluência de fluxos (244, 245, 518).

18. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos dois dos trajetos de fluxo separados (225C, 225D) compreendem condutos de fluxo separados.

19. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, CARACTERIZADO pelo fato de que os pelo menos dois trajetos de fluxo separados (225C, 225D) são separados por pelo menos um hidrofólio (240, 340, 440, 514) localizado no alojamento para fluido (206, 502), o hidrofólio (240, 340, 440, 514) tendo uma face dianteira (242, 342, 442, 516) e uma borda traseira (244, 344, 444, 518), o arranjo de fluxo de fluido (207) fazendo com que o meio de dispersão corra em um fluxo laminar a partir da sua face dianteira (242, 342, 442, 516) para a sua borda traseira (244, 344, 444, 518).

20. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o elemento ou elementos de introdução de fluido (249, 251, 520) estão localizados na ou na proximidade da borda traseira (244, 344, 444, 518) de cada hidrofólio (240, 340, 440, 514) respectivo.

21. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 19 ou 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o hidrofólio (240, 440, 514) inclui um corpo que se afusa que se reduz em espessura entre a face dianteira (242, 442, 516) e uma borda traseira (244, 444, 518) entre 5 e 30° de afusamento entre a face dianteira e a borda traseira em relação a uma linha de corda entre elas.

22. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o corpo afusado do hidrofólio (240, 440, 514) inclui pelo menos uma curva ou onda ao longo do comprimento longitudinal dos corpos.

23. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 22, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma pluralidade de hidrofólios (240, 340, 440, 514) afastados entre si no interior do alojamento para fluido (205A, 206), cada hidrofólio (240, 340, 440, 514) incluindo pelo menos um elemento de introdução de fluido (249, 251, 520) localizado na ou na proximidade da borda traseira de pelo menos cada hidrofólio (240, 340, 440, 514) respectivo.

24. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui ainda pelo menos uma chicana (276) localizada em um local no alojamento para fluido (205A, 206) que, em uso, entra em contato com o fluxo de meio de dispersão antes do local de confluência de fluxos (244, 245, 518).

25. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que as chicanas (276) estão localizadas no alojamento para fluido (205A, 206) a montante do local de confluência de fluxos (244, 245, 518).

26. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento para fluido (205A, 206) compreende pelo menos um de: pelo menos um conduto através do qual corre o meio de dispersão; ou um reservatório (201) no qual é mantido o meio de dispersão.

27. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que o alojamento para fluido (205A, 206) compreende um conduto através do qual corre o meio de dispersão, e o conduto inclui pelo menos duas placas (208A, 209A) afastadas entre si.

28. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que pode se fazer variar a distância entre as placas (208A, 209A).

29. Aparelho (200, 500), de acordo com a reivindicação 27 ou 28, CARACTERIZADO pelo fato de que as placas (208A, 209A) são alojadas no interior de um invólucro estanque a fluido (204).

30. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de fluxo de fluido (207) compreende pelo menos um de: um elemento rotativo, acionado ou de outro modo qualquer deslocado para fazer girar o hidrofólio (240, 340, 440, 514) no interior do alojamento para fluido; ou um arranjo de bombeamento (203) para bombear o meio de dispersão através do hidrofólio (240, 340, 440, 514).

31. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de dispersão é reciclado através do alojamento para fluido (205A, 206).

32. Aparelho (200, 500), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, CARACTERIZADO pelo fato de que o arranjo de constrição de fluxo (230A, 227, 229A, 240, 514) cria uma velocidade linear no meio de dispersão de pelo menos 0,1 m/s.

33. Pelo menos uma nanofibra curta CARACTERIZADA pelo fato de ser formada usando-se o aparelho (200), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 32.