ES2625035A1

ES2625035A1 - Production of viscoelastic capillary jets through gaseous focusing (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Info

Publication number: ES2625035A1
Application number: ES201531844A
Authority: ES
Inventors: Alberto TORRES PONCE; Emilio José VEGA RODRÍGUEZ; José María MONTANERO FERNÁNDEZ; Alfonso M. GAÑÁN CALVO
Original assignee: Universidad de Sevilla; Universidad de Extremadura
Current assignee: Universidad de Sevilla; Universidad de Extremadura
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-07-18
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: ES2625035B1; WO2017103314A1

Abstract

Production of viscoelastic capillary jets through gas focus. A method for the formation of elongated filaments or viscoelastic capillary jets is described. The method includes forcing an elastic liquid of constant viscosity, such as a boger liquid composed of a polymeric solution, through the channel of a power supply into the ambient interior of a pressurized chamber; forcing a gas into the pressurized chamber so that it leaves the chamber through the outlet orifice of the chamber located directly downstream of the path of the liquid leaving the power source; the gas focuses on the liquid, decreasing its diameter substantially and the polymers present in the liquid allow the liquid to form an elongated and stabilized jet by means of an axial tension, with a weber number close to zero. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

CAMPO DE LA INVENCiÓN La invención hace referencia de forma general al campo de la dinámica de fluidos, y, en particular, a un método para formar un chorro capilar de un líquido viscoelástico, haciendo fluir dicho chorro concéntricamente con una corriente de gas acelerada y mucho más rápida para que se forme un filamento estabilizado mediante un mecanismo de estiramiento por tensión . FIELD OF THE INVENTION The invention refers in a general way to the field of fluid dynamics, and, in particular, to a method for forming a capillary stream of a viscoelastic liquid, said stream flowing concentrically with an accelerated gas stream and much faster so that a stabilized filament is formed by a tension stretching mechanism.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN La producción y control de chorros en la escala micrométrica es de enorme interés en campos tecnológicos tan variados como la industria farmacéutica (1], biotecnología [2, 3], ingeniería industrial (4], industria alimenticia y agricultura (5). En el régimen Newtoniano, los chorros producidos rompen en gotas con diámetros del orden del chorro debido a la inestabilidad capilar de Rayleigh [6]. De esta forma , se pueden obtener colecciones de gotas relativamente monodispersas (mismo tamaño y morfología) a partir de distintos experimentos en modo "jetting" con aplicaciones en, por ejemplo, medicina y farmacia (1]. Por otra parte, una gran variedad de procesos físico-químicos son utilizados para solidificar los microchorros producidos antes de su ruptura. En particular, los líquidos viscosos se estiran de forma continua en régimen "jetting" (emisión estable de chorro) y posteriormente se solidifican, para formar fibras submilimétricas de vidrio o seda (7], con obvias aplicaciones en la industria de telecomunicaciones y textil, respectivamente. BACKGROUND OF THE INVENTION The production and control of jets on the micrometer scale is of great interest in technological fields as varied as the pharmaceutical industry (1], biotechnology [2, 3], industrial engineering (4], food industry and agriculture (5 In the Newtonian regime, the jets produced break into drops with diameters of the order of the jet due to Rayleigh's capillary instability [6]. Thus, collections of relatively monodispersed drops (same size and morphology) can be obtained from of different experiments in "jetting" mode with applications in, for example, medicine and pharmacy (1). On the other hand, a great variety of physical-chemical processes are used to solidify the micro-puppies produced before their rupture. viscous liquids are continuously stretched in a jetting regime (stable jet emission) and subsequently solidified to form glass submillimeter fibers or silk (7), with obvious applications in the telecommunications and textile industry, respectively.

Muchas de las aplicaciones mencionadas anteriormente implican el tratamiento de líquidos viscoelásticos poliméricos, donde las interacciones entre las condiciones de procesado y la reología (carácter no-Newtoniano) del fluido juegan un papel fundamental. Estas interacciones alteran fundamentalmente la respuesta dinámica del sistema y complican considerablemente el análisis del problema. Sin embargo, la reología se vuelve más manejable cuando se trabaja con fluidos Boger (8]. Este tipo de fluidos son soluciones poliméricas diluidas en solventes con una viscosidad suficientemente alta como para que las tensiones elásticas sean medibles. Además, los fluidos Boger exhiben una viscosidad constante (el efecto de "shear thinning", un comportamiento pseudoplástico caracterizado por la disminución de la viscosidad bajo un esfuerzo de cortadura, se puede despreciar), de Many of the applications mentioned above involve the treatment of polymeric viscoelastic liquids, where the interactions between the processing conditions and the rheology (non-Newtonian character) of the fluid play a fundamental role. These interactions fundamentally alter the dynamic response of the system and considerably complicate the analysis of the problem. However, the rheology becomes more manageable when working with Boger fluids (8) .This type of fluids are polymer solutions diluted in solvents with a sufficiently high viscosity so that elastic stresses are measurable.In addition, Boger fluids exhibit a constant viscosity (the effect of "shear thinning", a pseudoplastic behavior characterized by the decrease in viscosity under a shear stress, can be neglected), of

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modo que los efectos elásticos se pueden separar de los viscosos. La ecuación constitutiva Oldroyd-B (9] proporciona predicciones razonablemente exactas para estos líquidos viscoelásticos bajo ciertas condiciones. so that the elastic effects can be separated from the viscous ones. The constitutive equation Oldroyd-B (9) provides reasonably accurate predictions for these viscoelastic liquids under certain conditions.

Se han propuesto diversos métodos para formar fibras micro y nanométricas a partir de chorros viscoelásticos. Entre ellos, el electrospinning (o electrohilado) [10] es uno de los más populares porque puede ser aplicado a la producción masiva de fibras "una a una" utilizando diferentes polímeros. Sin embargo, este método hace uso de campos eléctricos intensos, lo que impone ciertas restricciones sobre las propiedades eléctricas del líquido empleado. También se producen chorros viscoelásticos micrométricos que solidifican en fibras mediante medios puramente mecánicos o hidrodinámicos. En la técnica clásica de "melt spinning" (llamada así porque originariamente hacía referencia a la hilatura por fusión y estiramiento bajo fuerzas centrífugas) (11], el líquido se extrude a través de un pequeño orificio y se recoge a una velocidad mayor que la velocidad media de extrusión. El filamento resultante sufre oscilaciones auto-sostenidas cuando la relación entre la velocidad de recogida y la de extrusión excede un valor crítico cercano a 20. Esta es la llamada inestabilidad por resonancia de estiramiento ("draw resonance") (11 , 12], la cual limita considerablemente tanto la tasa de producción como el diámetro mínimo de la fibra que se puede obtener. El método "selective withdrawar (o extracción selectiva) (13] permite producir fibras a partir de soluciones poliméricas succionando una corriente líquida a través de un orificio localizado enfrente del baño viscoelástico. Las fuerzas de arrastre y succión (viscosidad y presión) producidas por la corriente colaboran para deformar la entrefase del baño, formar un menisco y estirarlo hasta que éste emite un pequeño chorro desde su punta. Hay otros ejemplos donde se han aplicado las fuerzas hidrodinámicas para obtener fibras con tamaños que van desde la escala milimétrica hasta la escala nanométrica. Entre ellos se encuentra la atomización coaxial de ligamentos viscoelásticos, utilizada a su vez para medir las propiedades reológicas (14). Benavides et al. [15] obtuvieron nanofibras exponiendo una gota polimérica colgante a un chorro de gas de alta velocidad (método aerodinámico). En el método de "melt blowing" (hilado por fusión y soplado), una corriente de polímero fundido es arrastrada por dos chorros de aire convergentes dirigidos simétricamente a ambos lados de un troquel de dos ranuras [16, 17). Various methods have been proposed to form micro and nanometric fibers from viscoelastic jets. Among them, electrospinning (or electro-spinning) [10] is one of the most popular because it can be applied to mass production of fibers "one by one" using different polymers. However, this method makes use of intense electric fields, which imposes certain restrictions on the electrical properties of the liquid used. Micrometric viscoelastic jets are also produced that solidify into fibers by purely mechanical or hydrodynamic means. In the classical "melt spinning" technique (so called because it originally referred to fusion spinning and stretching under centrifugal forces) (11), the liquid is extruded through a small hole and collected at a speed greater than the average extrusion speed The resulting filament undergoes self-sustained oscillations when the ratio between the collection speed and the extrusion speed exceeds a critical value close to 20. This is called draw resonance instability (11). , 12], which considerably limits both the production rate and the minimum diameter of the fiber that can be obtained. The "selective withdrawar" method (13) allows fibers to be produced from polymer solutions by suctioning a liquid stream through a hole located in front of the viscoelastic bath. The drag and suction forces (viscosity and pressure) produced by the current and they collaborate to deform the bath interphase, form a meniscus and stretch it until it emits a small stream from its tip. There are other examples where hydrodynamic forces have been applied to obtain fibers with sizes ranging from the millimeter scale to the nanometric scale. Among them is the coaxial atomization of viscoelastic ligaments, used in turn to measure the rheological properties (14). Benavides et al. [15] obtained nanofibers by exposing a polymeric drop drop to a high velocity gas stream (aerodynamic method). In the "melt blowing" method, a stream of molten polymer is carried by two convergent jets of air symmetrically directed to both sides of a two-slot die [16, 17).

Flow focusing, [18, 19], se ha convertido en un método muy popular para producir chorros Newlonianos submilimétricos utilizando solo fuerzas hidrodinámicas. En esta técnica, un menisco cuelga de un capilar de alimentación a través del cual se inyecta líquido a caudal constante. Una corriente fluida externa enfoca y estira el menisco en frente de un orificio. El Flow focusing, [18, 19], has become a very popular method for producing submillimeter Newlonian jets using only hydrodynamic forces. In this technique, a meniscus hangs from a feeding capillary through which liquid is injected at a constant flow rate. An external fluid current focuses and stretches the meniscus in front of a hole. He

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menisco emite un chorro fino que cofluye con la corriente exterior a través del orificio. En la configuración axisimétrica original de flow focusing [18], el medio exterior era una corriente gaseosa de alta velocidad impulsada por una caída de presión aplicada. Esta configuración se adaptó posteriormente a la topología plana o en dos dimensiones (20) (19] para formar chorros que cofluyen con una corriente líquida exterior, lo cual impulsó su aplicación en microfluídica (1]. En los dos casos, la distancia capilar-orificio y sus diámetros son del mismo orden y todo el chorro emitido está influenciado por el efecto de enfocamiento (19,20). Meniscus emits a fine stream that co-flows with the external current through the hole. In the original axis focusing configuration of flow focusing [18], the external medium was a high velocity gas stream driven by an applied pressure drop. This configuration was subsequently adapted to the flat or two-dimensional topology (20) (19] to form jets that co-flow with an external liquid stream, which boosted its application in microfluidics (1). In both cases, the capillary distance hole and its diameters are of the same order and all the jet emitted is influenced by the focusing effect (19,20).

Se ha utilizado flow focusing plano en configuración líquido-líquido para producir chorros micrométricos de fluidos Boger [21 , 22, 23, 24, 25, 26]. Para efectos elásticos débiles, el "pinch-off' (pinzamiento o estricción de la entrefase del chorro que produce la rotura del mismo) es iniciado por mecanismos de inercia capilar seguido de un régimen elasto-capilar [22]. A medida que el tiempo de relajación del polímero aumenta, la dinámica del filamento pasa a estar controlada principalmente por el mecanismo elasto-capilar, y tanto la longitud del chorro como el tiempo de pinza miento aumentan [22]. Los regímenes de flujo [25, 26], el tamaño de las gotas resultantes (21, 23], los efectos de surfactantes [24], o la aparición de asimetrías de flujo [27] han sido analizados tanto numéricamente como experimentalmente. Flat flow focusing has been used in liquid-liquid configuration to produce micrometric jets of Boger fluids [21, 22, 23, 24, 25, 26]. For weak elastic effects, the "pinch-off" (clamping or narrowing of the jet interface causing the rupture thereof) is initiated by capillary inertia mechanisms followed by an elasto-capillary regime [22]. As time The relaxation of the polymer increases, the dynamics of the filament becomes mainly controlled by the elasto-capillary mechanism, and both the length of the jet and the clamping time increase [22]. The flow rates [25, 26], the Resulting droplet size (21, 23], the effects of surfactants [24], or the appearance of flow asymmetries [27] have been analyzed both numerically and experimentally.

El flow focusing axisimétrico se ha aplicado a la formación de chorros viscoelásticos, enfocados mediante una fase de aceite (28]. Una transición de "goteo" ("dripping") a emisión estable del chorro ("jetting") se observó para valores suficientemente altos del caudal inyectado. Esta transición se ha explicado en términos de equilibrio entre la fuerza capilar desestabilizadora y la tensión estabilizadora asociada a la elongación polimérica [29). Un valor efectivo de esta tensión se estimó teniendo en cuenta la elongación polimérica producida tanto por el flujo de tipo Poiseuilie en el capilar de alimentación (30] como por el posterior estiramiento del filamento en la región de enfocado. En todos los experimentos, el menisco estirado permanecía anclado al extremo del capilar de alimentación. The flow focusing axisimetric has been applied to the formation of viscoelastic jets, focused by an oil phase (28). A transition from "dripping" to stable emission of the jet ("jetting") was observed for values sufficiently high injected flow This transition has been explained in terms of equilibrium between the destabilizing capillary force and the stabilizing tension associated with polymer elongation [29). An effective value of this tension was estimated taking into account the polymeric elongation produced by both the Poiseuilie type flow in the feeding capillary (30) and the subsequent stretching of the filament in the focused region.In all experiments, the meniscus stretched it remained anchored to the end of the feeding capillary.

COMPENDIO DE LA INVENCiÓN La presente invención describe tanto un método para la creación de chorros capilares elongados (filamentos) como el propio chorro obtenible de acuerdo con el método. El método comprende forzar a un líquido viscoelástico, tal como un líquido o fluido Boger, a través del canal de un tubo capilar, preferentemente cilíndrico, como fuente de alimentación. Al líquido viscoelástico se le impone una velocidad de paso a través del canal que provoca que el líquido salga de la apertura de salida del canal manteniendo su forma de filamento o chorro. El final o apertura de salida del canal está en el interior de una cámara presurizada. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention describes both a method for creating elongated capillary jets (filaments) and the jet itself obtainable according to the method. The method comprises forcing a viscoelastic liquid, such as a liquid or Boger fluid, through the channel of a capillary tube, preferably cylindrical, as a power source. The viscoelastic liquid imposes a speed of passage through the channel that causes the liquid to exit the outlet opening of the channel maintaining its filament or jet shape. The end or exit opening of the channel is inside a pressurized chamber.

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A través de la cámara presurizada se fuerza el paso de un gas, tal como aíre, de manera The passage of a gas, such as air, is forced through the pressurized chamber

que el gas salga de dicha cámara presurizada a través del orificio de salida de la cámara que se encuentra justo enfrente yaguas abajo de la trayectoria del líquido viscoelástico. Asimismo, el gas enfoca la corriente del líquido viscoelástico, de modo que líquido y gas fluyen concéntricamente, y transforma el chorro del líquido en un chorro elongado que tiene un diámetro sustancialmente menor que el diámetro del chorro inicial que salía de la apertura del canal. Finalmente, el chorro estrecho elongado del líquido viscoelástico y el gas que lo rodea salen de la cámara presurizada por el orificio de salida. Dicho chorro capilar elongado o filamento se puede recoger conforme sale por el orificio de salida de la cámara presurizada. De acuerdo con realizaciones particulares, el método se realiza de forma que el número de Weber resultante es menor que uno, menor que 1x10-\ menor que 1x10-2, menor que 1x10· that the gas leaves said pressurized chamber through the exit orifice of the chamber that is just in front of the water and down the path of the viscoelastic liquid. Also, the gas focuses the flow of the viscoelastic liquid, so that liquid and gas flow concentrically, and transforms the jet of the liquid into an elongated jet that has a diameter substantially smaller than the diameter of the initial jet leaving the opening of the channel. Finally, the narrow elongated stream of viscoelastic liquid and the surrounding gas leave the pressurized chamber through the exit orifice. Said elongated capillary jet or filament can be collected as it exits through the outlet port of the pressurized chamber. According to particular embodiments, the method is performed so that the resulting Weber number is less than one, less than 1x10- \ less than 1x10-2, less than 1x10 ·

J, menor que 1x10-4, o menor que 1x10-6 J, less than 1x10-4, or less than 1x10-6

De acuerdo con otras realizaciones particulares de la invención, el líquido viscoelástico, tal como un líquido Boger, se introduce a través del canal a una velocidad dentro del intervalo de 0,001 a 100 microlitros por segundo, o entre 0,01 y 10 microlitros por segundo, o entre 50 microlitros y 2.000 microlitros por segundo, o 100 a 500 microlitros por segundo. According to other particular embodiments of the invention, the viscoelastic liquid, such as a Boger liquid, is introduced through the channel at a rate in the range of 0.001 to 100 microliters per second, or between 0.01 and 10 microliters per second. , or between 50 microliters and 2,000 microliters per second, or 100 to 500 microliters per second.

De acuerdo con otras realizaciones particulares de la invención, el gas es forzado a través del orificio de la cámara presurizada a una velocidad dentro del rango de 50 ¡Jl/seg a 20000 ¡Jl/seg, o entre 100 a 500 ¡Jl/seg. Tal como se ha indicado anteriormente, la velocidad del gas debe ser mayor que la velocidad del líquido viscoelástico que sale de la apertura del canal. According to other particular embodiments of the invention, the gas is forced through the orifice of the pressurized chamber at a speed within the range of 50 ¡Jl / sec to 20,000 ¡Jl / sec, or between 100 to 500 ¡Jl / sec . As indicated above, the gas velocity must be greater than the velocity of the viscoelastic liquid that exits the opening of the channel.

El canal de la fuente de alimentación es un tubo o capilar de alimentación, que puede tener forma de un tubo cilíndrico o sustancialmente cilíndrico. Según ciertas variantes de la invención, el capilar de alimentación tiene un diámetro de salida menor de 0,5 mm, menor que 0,4 mm, menor que 0,2 mm, o menor que 0,1 mm. The channel of the power supply is a feeding tube or capillary, which may be in the form of a cylindrical or substantially cylindrical tube. According to certain variants of the invention, the feed capillary has an outlet diameter of less than 0.5 mm, less than 0.4 mm, less than 0.2 mm, or less than 0.1 mm.

La salida del canal o tubo capilar preferentemente está situada a una distancia menor que 0,5 mm del orificio de salida de la cámara presurizada. En una realización particular, la apertura de salida de la fuente de alimentación está situada en un punto a una distancia en el rango de 0,2 a 0,5 mm del orificio de salida de la cámara presurizada. De cara a obtener un resultado especialmente apropiado, una vez formado un chorro inicial, resulta conveniente aumentar progresivamente la distancia capilar-orificio, hasta alcanzar una The outlet of the capillary channel or tube is preferably located at a distance less than 0.5 mm from the outlet opening of the pressurized chamber. In a particular embodiment, the outlet opening of the power supply is located at a point at a distance in the range of 0.2 to 0.5 mm from the outlet opening of the pressurized chamber. In order to obtain an especially appropriate result, once an initial jet is formed, it is convenient to gradually increase the capillary-hole distance, until reaching a

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distancia capilar-orificio final o máxima de por ejemplo aproximadamente 12 mm o menos, final or maximum capillary-hole distance of for example about 12 mm or less,

tal como aproximadamente 11 mm, 10 mm, 9 mm o menos. such as about 11 mm, 10 mm, 9 mm or less.

El orificio de salida de la cámara presurizada, que está situado directamente en frente de la apertura de salida de la fuente de alimentación, es generalmente circular. Diámetros preferidos para dicho orificio de salida de la cámara presurizada se encuentran por debajo de 0,25 mm, como por ejemplo en el rango de 0,1 mm a 0,25 mm. The outlet opening of the pressurized chamber, which is located directly in front of the outlet opening of the power supply, is generally circular. Preferred diameters for said exit port of the pressurized chamber are below 0.25 mm, for example in the range of 0.1 mm to 0.25 mm.

Según ciertas variantes de la invención, el tubo o capilar de alimentación tiene un diámetro de salida menor de 0,5 mm, menor que 0,4 mm, menor que 0,2 mm, o menor que 0,1 mm, y la salida del canal o tubo capilar está situada a una distancia menor que 0,5 mm del orificio de salida de la cámara presurizada. According to certain variants of the invention, the feeding tube or capillary has an outlet diameter of less than 0.5 mm, less than 0.4 mm, less than 0.2 mm, or less than 0.1 mm, and the outlet of the capillary channel or tube is located at a distance less than 0.5 mm from the outlet opening of the pressurized chamber.

Según ciertas variantes de la invención, la apertura de salida del canal de la fuente de alimentación tiene un diámetro menor que 0,5 mm, el orificio de salida de la cámara presurizada tiene un diámetro menor que 0,25 mm, y la apertura de salida del canal de la fuente de alimentación está situada en un punto a una distancia inferior a 0,5 mm del orificio de salida de la cámara presurizada. According to certain variants of the invention, the outlet opening of the power supply channel has a diameter less than 0.5 mm, the outlet opening of the pressurized chamber has a diameter less than 0.25 mm, and the opening of The output channel of the power supply is located at a point less than 0.5 mm from the outlet hole of the pressurized chamber.

Según ciertas variantes de la invención, la apertura de salida del canal de la fuente de alimentación tiene un diámetro en el rango de 0,1 mm a 0,5 mm, el orificio de salida de la cámara presurizada tiene un diámetro en el rango de 0,1 mm a 0,25 mm, y la apertura de salida del canal de la fuente de alimentación está situada en un punto a una distancia en el rango de 0,2 a 0,5 mm del orificio de salida de la cámara presurizada. According to certain variants of the invention, the outlet opening of the power supply channel has a diameter in the range of 0.1 mm to 0.5 mm, the outlet opening of the pressurized chamber has a diameter in the range of 0.1 mm to 0.25 mm, and the outlet opening of the power supply channel is located at a point at a distance in the range of 0.2 to 0.5 mm from the outlet hole of the pressurized chamber .

Tal como se ha indicado anteriormente, la distancia inicial o mínima entre la apertura de salida del canal de la fuente de alimentación y el orificio de salida de la cámara presurizada, que generalmente es inferior a 0,5 mm, aumenta preferiblemente de manera progresiva durante el método hasta alcanzar una distancia capilar-orificio final o máxima de por ejemplo aproximadamente 12 mm o menos, tal como aproximadamente 11 mm, 10 mm, 9 mm o menos. As indicated above, the initial or minimum distance between the outlet opening of the power supply channel and the outlet opening of the pressurized chamber, which is generally less than 0.5 mm, preferably increases progressively during the method until reaching a final or maximum capillary-hole distance of for example about 12 mm or less, such as about 11 mm, 10 mm, 9 mm or less.

En general, el gas (por ejemplo, aire) se puede forzar en la cámara presurizada a una presión dentro del rango de 50 a 2.000 mbar sobre la presión atmosférica y el líquido viscoelástico (por ejemplo, un líquido Boger) puede tener una velocidad en el rango de 1x10· In general, gas (for example, air) can be forced into the pressurized chamber at a pressure in the range of 50 to 2,000 mbar above atmospheric pressure and viscoelastic liquid (for example, a Boger liquid) can have a velocity in the range of 1x10

4 kg/m/seg a 1kg/m/seg. 6 4 kg / m / sec at 1kg / m / sec. 6

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Un aspecto importante de la invención es un método de enfocamiento de chorros viscoelásticos de un líquido, como un líquido Boger, usando una corriente de aire. El flujo de aire axisimétrico enfoca el líquido Boger de forma que produce chorros micrométricos dicho líquido Boger. An important aspect of the invention is a method of focusing viscoelastic jets of a liquid, such as a Boger liquid, using an air stream. The axisimetric air flow focuses the Boger liquid so that said Boger liquid produces micrometric jets.

De acuerdo a la presente invención, el líquido viscoelástico es una solución de polímero en baja concentración, por ejemplo inferior a 1500 ppm, tal como 1000 ppm, 500 ppm o 250 ppm. En principio, la naturaleza del polímero no es importante, dado que lal como el experto en la materia conoce una amplia variedad de polímeros conducen a soluciones viscoelásticas. Polímeros contemplados en la presente invención incluyen, pero no se limitan a, polímeros basados en la química del carbono, polímeros basados en la química del silicio, fluoropolímeros, proteínas, ADNs, ARNs, etc. En una realización particular, el líquido viscoelástico es una solución de ácido poli(acrílico) (PM). According to the present invention, the viscoelastic liquid is a low concentration polymer solution, for example less than 1500 ppm, such as 1000 ppm, 500 ppm or 250 ppm. In principle, the nature of the polymer is not important, since the person skilled in the art knows a wide variety of polymers leading to viscoelastic solutions. Polymers contemplated in the present invention include, but are not limited to, polymers based on carbon chemistry, polymers based on silicon chemistry, fluoropolymers, proteins, DNAs, RNAs, etc. In a particular embodiment, the viscoelastic liquid is a solution of poly (acrylic) acid (PM).

En otro aspecto, la presente invención se dirige al chorro capilar elongado (filamento) líquido obtenible según el método de la invención. Además, a partir de dicho chorro capilar elongado se puede obtener un filamento sólido o fibra sólida mediante un proceso de solidificación o cambio de fase entre los que se considera, pero no restringido a: la evaporación de solvente, enfriamiento, curado químico, interacción química con el gas forzador, interacción química con el gas del ambiente en el que se descarga el chorro capilar, o endurecimiento por calor. In another aspect, the present invention is directed to the elongated liquid capillary jet (filament) obtainable according to the method of the invention. In addition, from said elongated capillary jet a solid filament or solid fiber can be obtained by a process of solidification or phase change between those considered, but not restricted to: solvent evaporation, cooling, chemical curing, chemical interaction with the forcing gas, chemical interaction with the environment gas in which the capillary jet is discharged, or heat hardening.

El filamento o fibra obtenido a partir del chorro capilar elongado es útil en diferentes industrias, por ejemplo, como: material textil, material para uso biomédico, quirúrgico o protésico, material para uso estructural en aplicaciones mecánicas, material para la elaboración de hilos o cables de muy elevada resistencia a rotura, como fibra de refuerzo mecánico en materiales con baja resistencia a la tracción, sustrato para uso biotecnológico, The filament or fiber obtained from the elongated capillary jet is useful in different industries, for example, such as: textile material, material for biomedical, surgical or prosthetic use, material for structural use in mechanical applications, material for the elaboration of wires or cables of very high resistance to breakage, such as mechanical reinforcement fiber in materials with low tensile strength, substrate for biotechnological use,

o material asociado con la telecomunicación. or material associated with telecommunication.

Se pueden producir chorros capilares viscoelásticos mediante flow focusing. En esta técnica, el líquido es inyectado a caudal preferentemente constante a través de un capilar de alimentación situado frente a un orificio de descarga. Una corriente gaseosa cofluye con el chorro a través del orificio impulsada por una caída de presión constante. La corriente gaseosa succiona y arrastra el líquido, reduciendo el diámetro del chorro a valores muy inferiores al diámetro del orificio. Debido a la naturaleza reológica del líquido, este fenómeno Viscoelastic capillary jets can be produced by flow focusing. In this technique, the liquid is injected at preferably constant flow through a feed capillary located in front of a discharge orifice. A gaseous stream co-flows with the jet through the orifice driven by a constant pressure drop. The gas stream sucks and drags the liquid, reducing the diameter of the jet to values far below the diameter of the hole. Due to the rheological nature of the liquid, this phenomenon

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de enfocado difiere del observado en régimen Newtoniano en varios aspectos. Las condiciones en las que se obtienen unos resultados especialmente satisfactorios son aquellas que conducen al modo "jetting" (emisión estable de chorro). Fuera de este intervalo, el chorro podría sufrir una inestabilidad denominada "pull-out" o ruptura antes de alcanzar el orificio. Gracias al efecto estabilizador de la contribución polimérica al esfuerzo axial, se pueden producir chorros micrométricos de hasta 1 cm de longitud, y se pueden alcanzar números de Weber del orden de 104. The focus differs from that observed in the Newtonian regime in several aspects. The conditions under which especially satisfactory results are obtained are those that lead to the "jetting" mode. Outside this interval, the jet could suffer from instability called "pull-out" or rupture before reaching the hole. Thanks to the stabilizing effect of the polymeric contribution to axial stress, micrometer jets of up to 1 cm in length can be produced, and Weber numbers of the order of 104 can be achieved.

Estos y otros objetivos, ventajas y características de la presente invención se pueden hacer evidentes a expertos en la materia tras una lectura de los detalles del método que se describen más ampliamente a continuación. These and other objectives, advantages and characteristics of the present invention can be made apparent to those skilled in the art after reading the details of the method described more fully below.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS La invención se entiende mejor partiendo de la detallada descripción que prosigue cuando se lee en combinación con las figuras que acompañan. Hay que enfatizar que, de acuerdo con la práctica habitual, los distintos detalles de las figuras no están a escala. Por el contrario, las dimensiones de algunos detalles están aumentadas o reducidas arbitrariamente para mayor claridad. Incluidas en los dibujos están las siguientes figuras: BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention is better understood on the basis of the detailed description that follows when read in combination with the accompanying figures. It should be emphasized that, according to usual practice, the different details of the figures are not to scale. On the contrary, the dimensions of some details are augmented or arbitrarily reduced for clarity. Included in the drawings are the following figures:

La Figura 1 es una vista esquemática de los componentes básicos que se usan en relación con un ejemplo según la presente invención. Q: caudal al cual se inyecta el líquido viscoelástico a través del capilar de alimentación, LJp: caída de presión que impulsa la corriente gaseosa a través del orificio de descarga, H: distancia entre el capilar de alimentación (apertura de salida del canal de alimentación ) y el orificio de descarga de la cámara presurizada. Figure 1 is a schematic view of the basic components used in connection with an example according to the present invention. Q: flow rate at which viscoelastic liquid is injected through the feed capillary, LJp: pressure drop that drives the gaseous current through the discharge orifice, H: distance between the feed capillary (feed channel outlet opening ) and the discharge hole of the pressurized chamber.

La Fígura 2 consiste en dos gráficas a las que nos referimos como gráfica de la izquierda y gráfica de la derecha. La gráfica de la izquierda es una vista esquemática de un montaje experimental de los componentes que se usan en relación con el método de la invención y que permiten la observación y medida de varios parámetros del sistema. (A) capilar, (B) orificio de descarga, (C) sistema de orientación, (D) plataforma de traslación, (E) cámara de ultra-alta velocidad, (F) plataforma de traslación triaxial, (G) fibra óptica, y (H) sistema de aislamiento anti-vibración. La gráfica de la derecha muestra un ejemplo de chorro, en relación con la presente invención, de una solución de ácido poli (acrílico) (PAA) con c = 1000 ppm, .8.p = 250 mbar producido a un caudal Q = 4,5 mi/h. H = 6,7 mm. Figure 2 consists of two graphs that we refer to as the graph on the left and the graph on the right. The graph on the left is a schematic view of an experimental assembly of the components that are used in relation to the method of the invention and that allow the observation and measurement of various system parameters. (A) capillary, (B) discharge hole, (C) orientation system, (D) translation platform, (E) ultra-high speed camera, (F) triaxial translation platform, (G) fiber optic, and (H) anti-vibration isolation system. The graph on the right shows an example of a jet, in relation to the present invention, of a solution of poly (acrylic) acid (PAA) with c = 1000 ppm, .8.p = 250 mbar produced at a flow rate Q = 4 , 5 mi / h. H = 6.7 mm.

La Figura 3 consiste en dos gráficas a las que nos referimos como gráfica de la izquierda y gráfica de la derecha. La gráfica de la izquierda muestra la dependencia de la viscosidad de cizalladura de la solución J.l frente a la velocidad de cizalladura y. y la gráfica de la derecha muestra la primera función viscométrica 4J 1 frente a la velocidad de cizalladura y, para las Figure 3 consists of two graphs that we refer to as the graph on the left and the graph on the right. The graph on the left shows the dependence of the shear viscosity of the J.l solution on the shear rate and. and the graph on the right shows the first viscometric function 4J 1 versus the shear rate and, for

5 soluciones de PAA En este experimento, c=250 ppm (simbolos huecos) y 1000 ppm (símbolos sólidos). Los puntos de partida de las curvas están determinados por la sensibilidad reómetro. 5 PAA solutions In this experiment, c = 250 ppm (hollow symbols) and 1000 ppm (solid symbols). The starting points of the curves are determined by the Rheometer sensitivity

La Figura 4 consiste en seis imágenes conectadas que se muestran para ilustrar el Figure 4 consists of six connected images shown to illustrate the

10 fenómeno de desanclaje del menisco ("pull-oun. El menisco del fluido que sale del extremo del capilar oscila alrededor de una posición de equilibrio en el interior del capilar de alimentación. El chorro que emitido desde el capilar se produjo con c=1000 ppm , Q= 40 mUh, y H= 2 mm. 10 meniscal de-anchoring phenomenon ("pull-ounce. The meniscus of the fluid leaving the end of the capillary oscillates around an equilibrium position inside the feeding capillary. The jet emitted from the capillary occurred with c = 1000 ppm, Q = 40 mUh, and H = 2 mm.

15 La Figura 5 muestra una gráfica de la dependencia temporal del radio de la superficie libre a 114 IJm (simbolos sólidos) y 539 IJm (simbolos huecos) del extremo del capilar. El chorro se produjo con e=1000ppm, Q=40ml/h, y H=0,93mm. 15 Figure 5 shows a graph of the temporal dependence of the radius of the free surface at 114 IJm (solid symbols) and 539 IJm (hollow symbols) of the capillary end. The jet was produced with e = 1000ppm, Q = 40ml / h, and H = 0.93mm.

La Figura 6 muestra seis imágenes diferentes conectadas que son una secuencia de Figure 6 shows six different connected images that are a sequence of

20 imágenes que ilustran la rotura del chorro capilar debido al efecto de abultamiento. El chorro se produjo usando e=1 OOOppm, Q=5ml/h, and H=6,25mm. 20 images illustrating the rupture of the capillary jet due to the bulging effect. The jet was produced using e = 1 OOOppm, Q = 5ml / h, and H = 6.25mm.

La Figura 7 es una gráfica que muestra los valores minimo y máximo, Hmin Y Hmáx, de la distancia del capilar al orificio en la que la línea de contacto triple ancla al extremo del Figure 7 is a graph showing the minimum and maximum values, Hmin and Hmax, of the distance from the capillary to the hole in which the triple contact line anchors the end of the

25 capilar. Los simbolos huecos y sólidos corresponden a la soluciones de PAA con c=250 y 1000ppm respectivamente. 25 capillary The hollow and solid symbols correspond to the PAA solutions with c = 250 and 1000ppm respectively.

La Figura 8 es una gráfica que muestra los resultados experimentales del número de Reynolds y los valores de relación de aspecto A de los experimentos con c=250ppm Figure 8 is a graph showing the experimental results of the number of Reynolds and the aspect ratio values of the experiments with c = 250ppm

30 (simbolos huecos) y 1000 ppm (simbolos sólidos). 30 (hollow symbols) and 1000 ppm (solid symbols).

La Figura 9 es un gráfico que muestra los resultados tanto de la distribución de velocidad v (línea punteada) como de la presión manométrica Pg (línea sólida) a lo largo del eje del orificio en función de la distancia Z al centro del orificio. La velocidad se divide por su valor 35 en la sección interna del orificio V1. La simulación se realizó con aire a una presión de Figure 9 is a graph showing the results of both the velocity distribution v (dotted line) and the gauge pressure Pg (solid line) along the axis of the hole as a function of the distance Z to the center of the hole. The speed is divided by its value 35 in the internal section of the hole V1. The simulation was performed with air at a pressure of

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6p=250 mbar y un orificio con un diámetro de paso D=200IJm. El recuadro insertado 6p = 250 mbar and a hole with a pitch diameter D = 200IJm. The inserted box

muestra el campo de presiones cercano al orificio. shows the pressure field near the hole.

La Figura 10 consiste en dos gráficas separadas a las que nos referimos como gráfica Figure 10 consists of two separate graphs that we refer to as graph

izquierda y gráfica derecha. La gráfica izquierda muestra los valores experimentales de los números de Weber y Reynolds. El gráfico derecho muestra los valores experimentales para el número de Deborah y la tensión polimérica adimensional. Los símbolos huecos y sólidos corresponden a las soluciones PAA con c=250 and 1000 ppm respectivamente. left and right graphic. The left graph shows the experimental values of the Weber and Reynolds numbers. The right graph shows the experimental values for the Deborah number and the dimensionless polymeric stress. The hollow and solid symbols correspond to PAA solutions with c = 250 and 1000 ppm respectively.

La Figura 11 consiste en dos gráficas separadas a las que nos referimos como gráfica izquierda y gráfica derecha. La gráfica izquierda muestra el radio del chorro R1 justo en frente del orificio en función de la relación de aspecto A. La gráfica derecha muestra el número de Deborah (De) frente a la relación de aspecto A. Los símbolos huecos y sólidos corresponden a las soluciones de PM de c=250 y 1000ppm, respectivamente. Figure 11 consists of two separate graphs which we refer to as the left graph and the right graph. The left graph shows the radius of the jet R1 just in front of the hole according to the aspect ratio A. The right graph shows the number of Deborah (De) versus the aspect ratio A. The hollow and solid symbols correspond to the PM solutions of c = 250 and 1000ppm, respectively.

La Figura 12 muestra un gráfico de la velocidad de cizalladura frente a la tensión de Figure 12 shows a graph of the shear velocity versus the tension of

cizalladura. El gráfico se proporciona para mostrar las propiedades de un fluido Newtoniano relativas al incremento de la velocidad de cizalladura frente a la tensión de cizalladura en fluidos Newtonianos y No-Newtonianos. shear. The graph is provided to show the properties of a Newtonian fluid relative to the increase in shear rate versus shear stress in Newtonian and Non-Newtonian fluids.

DEFINICIONES En este documento, el término fluido no-Newtoniano se refiere a cualquier fluido con propiedades que difieren de alguna forma a aquellas que tienen los fluidos Newtonianos. En un fluido no-Newtoniano, la relación entre el esfuerzo de cizalla y la velocidad de cizalla es diferente y puede ser incluso variable en el tiempo. La diferencia se muestra en la Figura 12, la diferencia respecto a una relación lineal directa puede ser del 5% o mayor, del 10% o mayor, del 20% o mayor, del 40% o mayor, etc. Por lo tanto, con un fluido no-Newtoniano no DEFINITIONS In this document, the term non-Newtonian fluid refers to any fluid with properties that differ in some way from those that have Newtonian fluids. In a non-Newtonian fluid, the relationship between shear stress and shear rate is different and may even vary over time. The difference is shown in Figure 12, the difference with respect to a direct linear relationship can be 5% or greater, 10% or greater, 20% or greater, 40% or greater, etc. Therefore, with a non-Newtonian fluid not

se puede definir un coeficiente de viscosidad constante. Mayoritariamente, la viscosidad (la medida de la capacidad de un fluido para resistir la deformación gradual producida por la fuerza de tracción o cizalladura) de los fluidos no-Newtonianos depende de la velocidad de cizalladura en el momento o en el tiempo. Algunos fluidos no-Newtonianos aun teniendo una viscosidad independiente de la fuerza de cizalla, tienen otros comportamientos diferentes al normal frente a la fuerza u otros comportamientos no-Newtonianos. Muchas disoluciones salinas o polímeros fundidos son fluidos no-Newtonianos, al igual que muchas sustancias comunes como el kétchup, natillas, pasta de dientes, suspensiones de levadura, pintura, sangre y champú. En un fluido Newtoniano, la relación entre la fuerza de cizalla y la a constant viscosity coefficient can be defined. Mostly, the viscosity (the measure of the ability of a fluid to withstand the gradual deformation produced by the tensile or shear force) of non-Newtonian fluids depends on the shear rate at the time or time. Some non-Newtonian fluids even having a viscosity independent of the shear force, have other behaviors other than normal versus the force or other non-Newtonian behaviors. Many salt solutions or molten polymers are non-Newtonian fluids, as are many common substances such as ketchup, custard, toothpaste, yeast suspensions, paint, blood and shampoo. In a Newtonian fluid, the relationship between the shear force and the

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velocidad de cizalla es lineal, pasando por el origen, siendo el coeficiente de viscosidad la constante de proporcionalidad como se muestra en la Figura 12. Shear speed is linear, passing through the origin, the viscosity coefficient being the constant of proportionality as shown in Figure 12.

El número de Weber (We) es un número adimensional en mecánica de fluidos y que es útil en el análisis de los flujos de fluidos en los que hay una interfaz entre dos fluidos, especialmente en fluidos multifásicos con superficies muy curvas. Su nombre proviene de Moritz Weber (1871-1951). Puede considerarse como una medida de la importancia relativa de la inercia del fluido comparada con la tensión superficial. El valor es útil para el análisis de flujos de capas finas y la formación de gotas y burbujas. The Weber number (We) is a dimensionless number in fluid mechanics and is useful in the analysis of fluid flows in which there is an interface between two fluids, especially in multiphase fluids with very curved surfaces. Its name comes from Moritz Weber (1871-1951). It can be considered as a measure of the relative importance of fluid inertia compared to surface tension. The value is useful for the analysis of thin layer flows and the formation of drops and bubbles.

El número de Weber puede definirse como: Weber's number can be defined as:

We = pv' ¡ We = pv '

(J (J

donde Pes la densidad del fluido (kg/m3 ); ves su velocidad (mIs); I es su longitud característica, normalmente el diámetro de gota (m); y u es la tensión superficial (N/m). where Pes the density of the fluid (kg / m3); you see its speed (mIs); I is its characteristic length, usually the drop diameter (m); Y u is the surface tension (N / m).

Como se ha mencionado, los líquidos denominados tipo "Boger" son fluidos elásticos con viscosidad constante. Esto crea un efecto en el fluido que lo hace fluir como un líquido, aunque se comporta como un sólido elástico cuando se estira. La mayoría de los fluidos elásticos muestran un comportamiento pseudoplástico (la viscosidad decrece cuando se aplica el esfuerzo de cizalla), porque las soluciones contienen polímeros. Pero los fluidos Boger son excepciones ya que son soluciones altamente diluidas, de forma que el comportamiento pseudoplástico causado por los polímeros se puede ignorar. Los fluidos Boger se hacen añadiendo una pequeña cantidad de polímero a un fluido Newtoniano de alta viscosidad, la solución más original es poliacrilamida mezclada con sirope de maíz. Es un compuesto muy sencillo de sintetizar pero importante para el estudio de la reología porque los efectos elásticos y los efectos de cizalla se pueden distinguir en los experimentos que se realizan con fluidos Boger. En los fluidos Boger es difícil determinar si los efectos noNewtonianos son causados por la elasticidad, pseudoplasticidad o ambos; el flujo noNewtoniano causado por la elasticidad se identifica muy pocas veces. Como los fluidos Boger pueden tener viscosidad constante, se pueden realizar experimentos donde el resultado de las velocidades de flujo de un líquido Boger y un líquido Newtoniano con la misma viscosidad se pueden comparar, y la diferencia de las velocidades de flujo pOdría As mentioned, liquids called "Boger" type are elastic fluids with constant viscosity. This creates an effect on the fluid that makes it flow like a liquid, although it behaves like an elastic solid when stretched. Most elastic fluids show a pseudoplastic behavior (viscosity decreases when shear stress is applied), because the solutions contain polymers. But Boger fluids are exceptions since they are highly diluted solutions, so that the pseudoplastic behavior caused by polymers can be ignored. Boger fluids are made by adding a small amount of polymer to a Newtonian fluid of high viscosity, the most original solution is polyacrylamide mixed with corn syrup. It is a very simple compound to synthesize but important for the study of rheology because the elastic effects and shear effects can be distinguished in experiments performed with Boger fluids. In Boger fluids it is difficult to determine whether non-Newtonian effects are caused by elasticity, pseudoplasticity or both; Non-Newtonian flow caused by elasticity is rarely identified. As Boger fluids can have constant viscosity, experiments can be performed where the result of the flow rates of a Boger liquid and a Newtonian liquid with the same viscosity can be compared, and the difference in flow rates could

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mostrar el cambio provocado por la elasticidad del líquido Boger. Un fluido Boger es un líquido elástico con una viscosidad constante. Debido a que la viscosidad es independiente de la velocidad de cizalla o casi, los efectos elásticos se pueden separar de los efectos viscosos de los flujos viscoelásticos porque estos últimos pueden ser determinados con fluidos Newtonianos. show the change caused by the elasticity of the Boger liquid. A Boger fluid is an elastic liquid with a constant viscosity. Because the viscosity is independent of the shear rate or almost, the elastic effects can be separated from the viscoelastic flow viscous effects because the latter can be determined with Newtonian fluids.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN Antes de describir el método y el producto resultante de esta invención , debe entenderse que esta invención no está limitada a los pasos y componentes particulares descritos, ya que estos, pueden, por supuesto, variar. Debe ser también entendido que la terminología que se utiliza aquí tiene solo el objeto de describir materializaciones particulares de la invención, y no pretende ser limitante ya que el alcance de la presente invención está limitado únicamente por las reivindicaciones que se incluyen. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Before describing the method and product resulting from this invention, it should be understood that this invention is not limited to the particular steps and components described, since these, of course, may vary. It should also be understood that the terminology used herein is only intended to describe particular embodiments of the invention, and is not intended to be limiting since the scope of the present invention is limited only by the claims that are included.

Cuando se proporciona un rango de valores, se entiende que cada valor, hasta la décima parte de la unidad del límite inferior mientras el texto no indique claramente otra cosa, entre el límite inferior y el límite superior indicado está incluido específicamente. Cada rango inferior al existente entre un valor indicado o un valor incluido dentro de un rango indicado y cualquier otro valor indicado o incluido en dicho rango, lo abarca la invención. Los límites superiores o inferiores de esos rangos más pequeños pueden estar incluidos o excluidos del rango de forma independiente, y cada uno de los rangos en los que o ninguno o los dos límites están incluidos en los rangos pequeños están comprendidos en la invención, sujetos a la exclusión específica de los límites de los rangos indicados. En los casos en que los rangos indicados incluyan uno o los dos límites, los rangos que excluyen alguno o los dos de esos límites incluidos están también comprendidos en la invención. When a range of values is provided, it is understood that each value, up to one tenth of the lower limit unit as long as the text does not clearly indicate otherwise, between the lower limit and the indicated upper limit is specifically included. Each range below that existing between a indicated value or a value included within a indicated range and any other value indicated or included in said range, is covered by the invention. The upper or lower limits of these smaller ranges may be included or excluded from the range independently, and each of the ranges in which neither or both limits are included in the small ranges are included in the invention, subject to the specific exclusion of the limits of the ranges indicated. In cases where the ranges indicated include one or both limits, the ranges that exclude one or both of those limits included are also included in the invention.

A menos que se defina de forma diferente, todos los términos técnicos y científicos que se utilizan aquí tienen el mismo significado que el que entiende comúnmente una persona experta en la materia como a la que pertenece la invención. Aunque métodos y materiales similares o equivalentes a los que se describen aquí se pueden utilizar para la práctica o ensayo de la presente invención, algunos métodos y materiales potenciales preferidos se describen a continuación. Todas las publicaciones mencionadas se incorporan como referencia para mostrar y describir los métodos y/o material relacionados con las publicaciones citadas. Se entiende que la presente invención sustituye cualquier otra descripción de cualquier publicación incorporada cuando exista una contradicción. Unless defined differently, all the technical and scientific terms used here have the same meaning as the one commonly understood by a person skilled in the art as to which the invention belongs. Although methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used for the practice or testing of the present invention, some preferred methods and potential materials are described below. All the mentioned publications are incorporated as a reference to show and describe the methods and / or material related to the cited publications. It is understood that the present invention supersedes any other description of any incorporated publication when there is a contradiction.

Debe puntualizarse que tal y como se utilizan aquí y en las reivindicaciones incluidas, las It should be noted that as used herein and in the claims included, the

formas singulares "un/-a" y "el/la" incluyen la referencia a los plurales a no ser que el singular forms "an" and "the" include the reference to plurals unless the

contexto claramente indique lo contrario. Así por ejemplo, la referencia a "una corriente" context clearly indicate otherwise. For example, the reference to "a current"

indica una pluralidad de dicha corriente y la referencia a "el chorro" incluye la referencia a indicates a plurality of said stream and the reference to "the jet" includes the reference to

5 5: uno o más chorros y así distintos equivalentes conocidos por aquellos expertos en la one or more jets and thus different equivalents known to those skilled in the

materia. matter.

Las publicaciones que se muestran aquí se proporcionan con la intención de mostrarlas The publications shown here are provided with the intention of displaying them.

previamente a la fecha de solicitud de la presente invención. Nada debe ser interpretado prior to the date of application of the present invention. Nothing should be interpreted

1 O 1 o: como un reconocimiento de que la presente invención no tiene derecho a anteceder a estas as an acknowledgment that the present invention has no right to precede these

publicaciones en virtud de una invención prioritaria. Más aún, las fechas de publicación publications under a priority invention. Moreover, the publication dates

mostradas pueden ser diferentes de las fechas de publicación actuales que deben ser displayed may be different from the current publication dates that must be

confirmadas individualmente. individually confirmed.

15 fifteen: La figura 1 proporciona una visión esquemática de un ejemplo de configuración fluida del Figure 1 provides a schematic view of an example of fluid configuration of the

método de la invención. Un capilar de alimentación cilíndrico, que tiene una longitud de method of the invention A cylindrical feeding capillary, which has a length of

varias veces su diámetro, se sitúa enfrente del orificio de descarga, cuyo diámetro es del several times its diameter, it is located in front of the discharge hole, whose diameter is of

orden del diámetro del capilar. El líquido viscoelástico se inyecta a través del capilar de order of capillary diameter. The viscoelastic fluid is injected through the capillary of

alimentación a caudal constante Q, mientras que una corriente gaseosa atraviesa el orificio constant flow feed Q, while a gas stream flows through the hole

20 twenty: de descarga impulsada por una caída de presión constante J:jp . Se obtienen unos resultados discharge driven by a constant pressure drop J: jp. Results are obtained

especialmente satisfactorios si la distancia H entre el capilar de alimentación y el orificio de especially satisfactory if the distance H between the feed capillary and the orifice of

descarga se encuentra dentro de un cierto rango, entonces se forma un chorro líquido de un discharge is within a certain range, then a liquid stream of a

fluido Boger que comienza en el borde del extremo del capilar y se extiende aguas abajo en Boger fluid that begins at the edge of the capillary end and extends downstream in

una dirección de flujo hasta lejos del extremo del capilar. a flow direction far from the end of the capillary.

25 25

La corriente de gas succiona y arrastra el líquido Boger, lo cual reduce el diámetro del The gas stream sucks and drags the Boger liquid, which reduces the diameter of the

chorro hasta valores muy inferiores al del orificio de descarga. Por ejemplo el diámetro del jet up to much lower values than the discharge hole. For example the diameter of the

chorro aguas abajo del extremo del capilar es enfocado por el gas circundante de modo que jet downstream of the end of the capillary is focused by the surrounding gas so that

puede ser un 50% o inferior, 25% o inferior, 10% o inferior, o un 1% o inferior al diámetro del it can be 50% or less, 25% or less, 10% or less, or 1% or less than the diameter of the

30 30: chorro cuando este abandona el extremo del capilar. Tanto el chorro líquido como la jet when it leaves the end of the capillary. Both the liquid jet and the

corriente de gas que cofluye fluyen cruzando el orificio de salida. Debido al carácter gas stream that flows together flows through the outlet hole. Due to the character

reológico del líquido, este fenómeno de enfocado difiere sustancialmente del que se produce rheological of the liquid, this focusing phenomenon differs substantially from that produced

en régimen Newloniano. En particular, los valores apropiados de la distancia capilar-orificio in Newlonian regime. In particular, the appropriate values of the capillary-hole distance

H son normalmente mucho mayores que sus homólogos de la configuración clásica de flow H are normally much larger than their counterparts in the classic flow configuration

35 35: focusing. El efecto de enfocado aerodinámico puede estar confinado dentro de una región focusing. The aerodynamic focusing effect can be confined within a region

muy pequeña en comparación con la longitud total del chorro. Por lo tanto, el líquido flu ye very small compared to the total length of the jet. Therefore, the liquid flows

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libremente, sin interacción significativa con el ambiente circundante. Los mecanismos de inestabilidad que impiden que se alcance la emisión estacionaria de chorro ("steady jetting") son también diferentes a los del modo Newtoniano. Los esfuerzos poliméricos estabilizan el filamento líquido, permitiendo formar chorros con números de Weber cercanos a cero. freely, without significant interaction with the surrounding environment. The instability mechanisms that prevent steady jetting from being achieved are also different from those of the Newtonian mode. Polymeric forces stabilize the liquid filament, allowing jets to be formed with Weber numbers close to zero.

La presente invención está dirigida a los largos (del orden de milímetros) chorros formados entre el extremo del capilar de alimentación y el orificio de descarga. La invención especifica condiciones apropiadas para obtener el régimen "jetting" así como los mecanismos de inestabilidad que limitan este régimen. Se revisan algunos de los candidatos a ser tales mecanismos incluyendo la inestabilidad capilar [28] y el hecho de que la tensión superticial hace crecer ondas sobre la superticie del chorro hasta que finalmente pinzan la entrefase. La inestabilidad absoluta [31] así como la inestabilidad convectiva podrían impedir que el sistema alcance el modo "jetting". Si las perturbaciones convectadas aguas abajo pinzan la entrefase antes de llegar al orificio, el efecto de succión se interrumpe. Esto provoca que la eyección del filamento cese, y evita que el régimen "jetting" se recupere. Este fenómeno no se produce cuando el proceso se lleva a cabo usando un fluido Newtoniano, donde las ondas capilares crecen más allá del orificio [20]. The present invention is directed to the long (of the order of millimeters) jets formed between the end of the feed capillary and the discharge orifice. The invention specifies appropriate conditions for obtaining the "jetting" regime as well as the instability mechanisms that limit this regime. Some of the candidates for such mechanisms are reviewed, including capillary instability [28] and the fact that the supertitial tension makes waves grow on the jet's surface until they finally pinch the interphase. Absolute instability [31] as well as convective instability could prevent the system from reaching the "jetting" mode. If the downstream convection disturbances pinch the interphase before reaching the hole, the suction effect is interrupted. This causes the ejection of the filament to cease, and prevents the jetting regime from recovering. This phenomenon does not occur when the process is carried out using a Newtonian fluid, where capillary waves grow beyond the hole [20].

La inestabilidad capilar no es deseable y se puede modular mediante el esfuerzo axial elástico. La tensión asociada al estiramiento polimérico da como resultado un fuerte aumento de la viscosidad extensional. Esto inhibe parcialmente la inestabilidad capilar [32, 33]. El flujo de Poiseuille en el capilar de alimentación provoca un primer estiramiento de los polímeros. Si un chorro evoluciona a velocidad (diámetro) constante, entonces los polímeros se relajan a su estado de enrollamiento a distancias del extremo capilar que son equivalentes al diámetro del chorro [34, 35, 36]. Sin embargo, la aceleración del chorro causada por la corriente de gas que cofluye mantiene la tensión polimérica y puede incrementar la tensión polimérica cerca del orificio. Capillary instability is not desirable and can be modulated by elastic axial stress. The tension associated with polymeric stretching results in a strong increase in extensional viscosity. This partially inhibits capillary instability [32, 33]. The flow of Poiseuille in the feeding capillary causes a first stretching of the polymers. If a jet evolves at a constant speed (diameter), then the polymers relax at their winding state at distances from the capillary end that are equivalent to the diameter of the jet [34, 35, 36]. However, the acceleration of the jet caused by the co-flowing gas stream maintains the polymer tension and can increase the polymer tension near the hole.

Oscilaciones laterales ("whipping") pueden aparecer en chorros que cofluyen con una corriente que posee una velocidad mucho más elevada [37, 38]. En este caso, la tensión superficial tiene un efecto estabilizador, y el mecanismo de desestabilización es aerodinámico: una perturbación en la entrefase hace que el fluido que cofluye se acelere a medida que pasa por una cresta, reduciendo la presión en ese punto y causando el crecimiento en tamaño de dicha cresta. Una pregunta que surge de manera natural es si el "whipping" puede jugar un papel importante en la configuración fluídica. Los experimentos han demostrado que este es el caso cuando se enfocan líquidos Newlonianos dentro de una Lateral oscillations ("whipping") may appear in jets that co-flow with a current that has a much higher velocity [37, 38]. In this case, the surface tension has a stabilizing effect, and the destabilization mechanism is aerodynamic: a disturbance in the interphase causes the co-flowing fluid to accelerate as it passes through a ridge, reducing the pressure at that point and causing the growth in size of said crest. A question that arises naturally is whether "whipping" can play an important role in fluidic settings. Experiments have shown that this is the case when Newlonian liquids are focused within a

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tobera convergente [39], donde la corriente de gas presenta un importante impulso axial en convergent nozzle [39], where the gas stream has an important axial impulse in

la región de enfocado. Sin embargo, el "whipping" está confinado aguas arriba del orificio de descarga en la configuración clásica de flow focusing (20, 40). Esto es debido a que el flujo de gas radial enfrente del orificio constituye una barrera hidrodinámica ante perturbaciones laterales. the focus region. However, the "whipping" is confined upstream of the discharge hole in the classic flow focusing configuration (20, 40). This is because the flow of radial gas in front of the hole constitutes a hydrodynamic barrier to lateral disturbances.

La inestabilidad del chorro también puede deberse al llamado "pull-out" del filamento el cual ocurre debido al hilado de fibras [41 , 42, 43] bajo tensiones axiales por encima del limite de estabilidad. Si el filamento es estirado por una fuerza de hilado suficientemente alta, puede producirse el retroceso de este con respecto al extremo del capilar de alimentación. El balance entre la fuerza de hilado y la tensión normal en el capilar determina la nueva posición del menisco en el interior del capilar. El menisco puede permanecer inmóvil en el capilar u oscilar alrededor de la posición de equilibrio (43). Hay otros mecanismos de inestabilidad como la resonancia de estiramiento ("draw resonance~) mencionada The instability of the jet may also be due to the so-called "pull-out" of the filament which occurs due to fiber spinning [41, 42, 43] under axial stresses above the stability limit. If the filament is stretched by a sufficiently high spinning force, its retraction can occur with respect to the end of the feeding capillary. The balance between the spinning force and the normal tension in the capillary determines the new position of the meniscus inside the capillary. The meniscus can remain motionless in the capillary or oscillate around the equilibrium position (43). There are other instability mechanisms such as stretch resonance ~ mentioned

anteriormente (11] o el conocido como "melt fracture" (ruptura por fusión) (44]. La resonancia de estiramiento está vinculada a la prescripción de la velocidad del chorro en algún punto aguas abajo [45]. Esta condición no se aplica a flow focusing, y por lo tanto este fenómeno no ocurre en relación con la presente invención. previously (11] or known as "melt fracture" (44). The stretching resonance is linked to the prescribing of the jet velocity at some point downstream [45]. This condition does not apply to flow focusing, and therefore this phenomenon does not occur in relation to the present invention.

Aquí se proporciona información tanto de la estabilidad como de las fuerzas que caracterizan el régimen "jetting" en flow focusing de chorros viscoelásticos. El procedimiento experimental y las propiedades reológicas de los líquidos de trabajo se describen en la sección posterior de Materiales y Métodos. Los datos experimentales se presentan y analizan en la sección posterior de Resultados. Information on both the stability and the forces that characterize the "jetting" regime in flow focusing of viscoelastic jets is provided here. The experimental procedure and the rheological properties of working liquids are described in the later section of Materials and Methods. Experimental data is presented and analyzed in the subsequent Results section.

EJEMPLOS Los siguientes ejemplos se presentan para proporcionar a los expertos en la materia una explicación completa y una descripción de cómo realizar y usar la presente invención. y no tiene intención ni de limitar el alcance de lo que los inventores reconocen como su invención ni se pretende indicar que los experimentos que se describen a continuación son los únicos experimentos realizados. Se ha realizado un esfuerzo para asegurar la precisión de los números utilizados (p.ej. cantidades, temperatura, etc) pero se tiene que tener en cuenta que puede haber errores o desviaciones experimentales. A menos que se indique otra cosa, las partes son partes en peso, el peso molecular es el peso molecular medio, la temperatura está en grados Centígrados y la presión es o está muy cerca de la atmosférica. EXAMPLES The following examples are presented to provide those skilled in the art with a complete explanation and a description of how to make and use the present invention. and it is not intended to limit the scope of what the inventors recognize as their invention nor is it intended to indicate that the experiments described below are the only experiments performed. An effort has been made to ensure the accuracy of the numbers used (eg quantities, temperature, etc.) but it must be taken into account that there may be errors or experimental deviations. Unless otherwise indicated, the parts are parts by weight, the molecular weight is the average molecular weight, the temperature is in degrees Centigrade and the pressure is or is very close to atmospheric.

MATERIALES Y MÉTODOS MATERIALS AND METHODS

La figura 2 muestra un fluido no-Newtoniano inyectado a caudal constante Q por un motor paso a paso (no se muestra) a través de un capilar de acero (A), de, por ejemplo, 3,5 cm de longitud y 200 I-Im de diámetro, con un extremo del capilar afilado. Dicho extremo del capilar se sitúa frente a un orificio (B) perforado en la cara superior de una celda de acero inoxidable. El orificio (B) es de, por ejemplo, 200 I-Im de diámetro y 500 I-Im de espesor. Una presión manométrica negativa 1J.p se aplica dentro de la celda mediante el uso de una bomba de succión (no se muestra). Un sistema de orientación de alta precisión (C) y un sistema de traslación (D) se utilizan para asegurar la correcta alineación de los elementos del f10w focusing, y para establecer la distancia capilar-orificio H. El chorro viscoelástico se forma al aire libre debido a la acción de la corriente de aire succionada a través del orificio de la celda. Se pueden adquirir imágenes digitales usando dos o más cámaras (E) con los ejes ópticos perpendiculares entre sí, y equipadas con lentes de aumentos muy diferentes. La cámara con el mayor aumento se desplaza tanto horizontal como verticalmente utilizando una plataforma de traslación triaxial (F) para enfocar parte del chorro de líquido, mientras que la otra cámara adquiriere imágenes de todo el ligamento. De esta manera, el radio del chorro R (del orden de decenas de micras) y la distancia capilarorificio H (del orden de milímetros) se pueden medir de forma simultánea. La configuración fluida se ilumina a contraluz en los dos ejes (enfrente de las dos cámaras) mediante luz blanca fría proporcionada por dos fibras ópticas (G) conectadas a fuentes de luz. Todos estos elementos se montan sobre una mesa óptica con un sistema neumático de aislamiento anti-vibración (H) para amortiguar las vibraciones procedentes del medio ambiente circundante. Figure 2 shows a non-Newtonian fluid injected at a constant flow rate Q by a stepper motor (not shown) through a steel capillary (A), for example, 3.5 cm in length and 200 I -Im in diameter, with a sharp capillary end. Said end of the capillary is placed in front of a hole (B) perforated in the upper face of a stainless steel cell. The hole (B) is, for example, 200 I-Im in diameter and 500 I-Im thick. A negative gauge pressure 1J.p is applied inside the cell by using a suction pump (not shown). A high precision orientation system (C) and a translation system (D) are used to ensure the correct alignment of the elements of the f10w focusing, and to establish the capillary-hole distance H. The viscoelastic jet is formed outdoors due to the action of the air stream sucked through the orifice of the cell. Digital images can be acquired using two or more cameras (E) with optical axes perpendicular to each other, and equipped with very different magnification lenses. The camera with the highest magnification moves both horizontally and vertically using a triaxial translation platform (F) to focus part of the liquid jet, while the other camera acquires images of the entire ligament. In this way, the radius of the jet R (of the order of tens of microns) and the capillary distance H (of the order of millimeters) can be measured simultaneously. The fluid configuration is backlit on the two axes (in front of the two cameras) by cold white light provided by two optical fibers (G) connected to light sources. All these elements are mounted on an optical table with a pneumatic anti-vibration isolation system (H) to dampen vibrations from the surrounding environment.

Los experimentos se llevan a cabo a 24±2 oC. Se coloca el capilar de alimentación a una distancia del orificio de la celda que es sustancialmente igual que diámetro del orificio. Se fija la caída de presión en fJ.p = 250 mbar en la corriente de aire. Un líquido, igual, noNewtoniano se inyecta un caudal Q a través del capilar. Experiments are carried out at 24 ± 2 oC. The feed capillary is placed at a distance from the cell hole that is substantially the same as the hole diameter. The pressure drop is set at fJ.p = 250 mbar in the air stream. A liquid, like non-Newtonian, injects a flow rate Q through the capillary.

Tras un breve régimen transitorio, el capilar emite un filamento líquido que cruza el orificio impulsado por la corriente de aire. Se aumenta progresivamente la distancia capilar-orificio H, manteniendo fJ.p y Q constantes. Con el fin de alcanzar el régimen "jetting", es coveniente seguir estrictamente la secuencia anterior. Por ejemplo, si se comienza el proceso utilizando un valor H muy superior al diámetro del orificio, entonces la corriente de aire no podrá After a brief transitory regime, the capillary emits a liquid filament that crosses the orifice driven by the air current. The capillary-hole distance H is progressively increased, keeping fJ.p and Q constant. In order to achieve the "jetting" regime, it is convenient to strictly follow the above sequence. For example, if the process is started using a H value much greater than the diameter of the hole, then the air flow cannot

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establecer fácilmente un grado necesario de tensión elástica en el filamento líquido, dificultando por tanto la formación del chorro. Easily establish a necessary degree of elastic tension in the liquid filament, thus hindering the formation of the jet.

El procedimiento descrito anteriormente se puede repetir para diferentes caudales Q y dos soluciones poliméricas. Se pueden adquirir imágenes durante el curso del proceso. La posición de la superficie libre se puede determinar mediante el procesamiento de las imágenes con una técnica de súper-resolución a nivel sub-pixel (46]. The procedure described above can be repeated for different flow rates Q and two polymer solutions. You can acquire images during the course of the process. The position of the free surface can be determined by processing the images with a super-resolution technique at the sub-pixel level (46).

Se puede examinar el comportamiento de dos soluciones de ácido poli(acrilico) (PAA) (Mw = 18)( 106 g/mol) en agua destilada pura con concentraciones de c = 250 Y 1000 ppm. Se pueden preparar soluciones de fluido no-Newtoniano disolviendo polímero en un solvente mediante agitación a velocidades muy bajas, a fin de evitar la rotura de las cadenas poliméricas. La dependencia de la viscosidad de cizalladura 1J de la solución y primera función viscométrica ~1 frente a la velocidad de cizalladura y se puede medir con un reómetro Physica MCR 301. Los resultados se muestran en la Figura 3. The behavior of two solutions of poly (acrylic acid) (PAA) (Mw = 18) (106 g / mol) in pure distilled water with concentrations of c = 250 and 1000 ppm can be examined. Non-Newtonian fluid solutions can be prepared by dissolving polymer in a solvent by stirring at very low speeds, in order to avoid breakage of the polymer chains. The shear viscosity dependence 1J of the solution and first viscometric function ~ 1 versus the shear rate can be measured and can be measured with a Physica MCR 301 rheometer. The results are shown in Figure 3.

El tiempo de relajación polimérico A se puede medir con el reómetro extensional HAAKE CABER 1 aplicando el método de retracción lenta ("slow retraction method") (47]. Los valores fueron A = 20 y 140 ms para 250 y 1000 ppm, respectivamente. La tensión superficial V se puede medir con el método TIFA (48]. Se puede verificar que V -72 mN /m y p ~ 997 kg/mJ en todos los casos, es decir, estas dos propiedades no dependen significativamente de la concentración polimérica. La figura 2 muestra un chorro con c = 1000 ppm producido a un caudal Q = 4,5 mi/h. The polymeric relaxation time A can be measured with the HAAKE CABER 1 extensional rheometer by applying the slow retraction method (47). The values were A = 20 and 140 ms for 250 and 1000 ppm, respectively. The surface tension V can be measured with the TIFA method (48). It can be verified that V -72 mN / m and ~ 997 kg / mJ in all cases, that is, these two properties do not depend significantly on the polymer concentration. Figure 2 shows a jet with c = 1000 ppm produced at a flow rate Q = 4.5 mi / h.

El flow focusing gaseoso de los dos líquidos viscoelásticos descritos anteriormente se comporta de la siguiente manera. Cuando el capilar de alimentación se sitúa cerca del orificio de descarga, el menisco líquido se separa del borde del extremo capilar y trepa por la pared interior del capilar. El menisco o bien alcanza una posición de equilibrio en el interior del capilar u oscila alrededor de ella. Este es el fenómeno llamado "pull-out" que ha sido observado en hilado de fibras [41 , 42, 43]. La posición final de la línea de contacto triple está esencialmente determinada por el balance entre la fuerza de tracción originada por el flujo de Poiseuille en el capilar, y la ejercida por el chorro emitido. Una pequeña perturbación lateral hace que el chorro toque la superficie interna del capilar. Debido a la fuerte tendencia del líquido a mojar el acero, el chorro permanece en contacto con la pared mientras se desliza sobre ella. El resultado es la emisión estacionaria de un chorro ("steady jetting") que atraviesa el orificio de descarga impulsado por la corriente de aire. The gaseous flow focusing of the two viscoelastic liquids described above behaves as follows. When the feeding capillary is located near the discharge orifice, the liquid meniscus separates from the edge of the capillary end and climbs up the inner wall of the capillary. The meniscus either reaches an equilibrium position inside the capillary or oscillates around it. This is the phenomenon called "pull-out" that has been observed in fiber spinning [41, 42, 43]. The final position of the triple contact line is essentially determined by the balance between the tensile force caused by the flow of Poiseuille in the capillary, and that exerted by the emitted jet. A small lateral disturbance causes the jet to touch the inner surface of the capillary. Due to the strong tendency of the liquid to wet the steel, the jet remains in contact with the wall while sliding on it. The result is the steady emission of a jet ("steady jetting") that passes through the discharge orifice driven by the air flow.

En la Figura 4 se muestra una secuencia de imágenes para ilustrar el fenómeno de "pullout". El capilar de acero se sustituye por uno hecho de sílice (transparente). A sequence of images is shown in Figure 4 to illustrate the phenomenon of "pullout". The steel capillary is replaced by one made of silica (transparent).

5 Alejando con cuidado el capilar de alimentación y el orificio de descarga, la película que fluía por el interior del capilar sale al exterior y se convierte en parte del chorro al aire libre. Este proceso continúa hasta que el extremo del capilar alcanza la posición del menisco. Es entonces cuando la línea de contacto triple ancla al borde del capilar. 5 Carefully pushing the feed capillary and the discharge hole, the flowing film inside the capillary goes outside and becomes part of the outdoor jet. This process continues until the end of the capillary reaches the meniscus position. Is then when the triple contact line anchors to the edge of the capillary.

10 Contrariamente a lo que ocurre con los líquidos Newtonianos, tanto la línea de contacto triple como la superficie libre del chorro oscilan. Este comportamiento oscilatorio está causado por un abultamiento transitorio ("swell-die effect"), que aparece de forma continua justo a la salida del capilar, probablemente estimulado por la relajación local de la tensión elástica en ese punto. El abultamiento del filamento es convectado aguas abajo, haciendo 10 Contrary to what happens with Newtonian liquids, both the triple contact line and the free surface of the jet oscillate. This oscillatory behavior is caused by a transient bulge ("swell-die effect"), which appears continuously just outside the capillary, probably stimulated by the local relaxation of the elastic tension at that point. The bulge of the filament is conveyed downstream, making

15 que todo el chorro oscile. 15 let the entire jet oscillate.

La Figura 5 muestra la dependencia temporal del radio de la superficie libre para dos secciones del chorro. La magnitud de la oscilación aumenta con H. Hay una distancia capilar-orificio máxima en la cual la emisión se interrumpe (Figura 6). Esto ocurre porque la 20 tasa de deformación ("strain rate") en ese caso no es lo suficientemente alta como para convectar el abultamiento de la entrefase. Entonces, el chorro continúa abultándose en la salida del capilar de alimentación , de modo que se forma una gota anclada a su borde. La gota succiona el líquido del hilo cuasi-cilíndrico que cuelga de ella. El radio del hilo disminuye mediante un régimen elastocapilar similar al que aparece en un reómetro de Figure 5 shows the temporal dependence of the radius of the free surface for two sections of the jet. The magnitude of the oscillation increases with H. There is a maximum capillary-orifice distance in which the emission is interrupted (Figure 6). This occurs because the strain rate in that case is not high enough to convene the bulging of the interphase. Then, the jet continues to bulge at the outlet of the feed capillary, so that a drop is formed anchored to its edge. The drop sucks the liquid from the quasi-cylindrical thread that hangs from it. The radius of the thread is reduced by an elastocapillary regimen similar to that shown in a rheometer

25 ruptura capilar [47, 49], lo que finalmente conduce a la estructura "beads-on-a-string" y al pinzamiento de la superficie libre. 25 capillary rupture [47, 49], which ultimately leads to the "beads-on-a-string" structure and the free surface clamping.

Los símbolos Hm1n Y Hméx se usan para representar las distancias capilar-orificio a las que la línea de contacto triple ancla por primera vez al borde capilar y se interrumpe la emisión de The symbols Hm1n and Hméx are used to represent the capillary-orifice distances at which the triple contact line first anchor to the capillary edge and the emission of

30 chorro, respectivamente. "Steady jetting" con "pull-out" se obtiene para H < Hm1n , mientras que un chorro oscilante se observa para Hm1n < H < Hmi!Jx. 30 jet, respectively. "Steady jetting" with "pull-out" is obtained for H <Hm1n, while an oscillating jet is observed for Hm1n <H <Hmi! Jx.

La Figura 7 muestra los valores de Hm1n y Hmáx correspondientes a las soluciones de PAA con c = 250 Y 1000 ppm . Las líneas delimitan las regiones paramétricas donde los chorros Figure 7 shows the values of Hm1n and Hmax corresponding to PAA solutions with c = 250 and 1000 ppm. The lines delimit the parametric regions where the jets

35 anclan al capilar de alimentación. No se pudieron producir chorros para Q < 1 mi/h. En lo 35 anchor to the feeding capillary. No jets could be produced for Q <1 mi / h. In

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que sigue, nos centraremos en las configuraciones de chorro que tienen sus líneas de contacto ancladas al extremo del capilar de alimentación. Next, we will focus on the jet configurations that have their contact lines anchored to the end of the feed capillary.

La Figura 8 muestra los valores experimentales del número de Reynolds Re=pvoRoIl1o definido en términos del radio Ro Y la velocidad Vo del chorro a la salida del capilar de alimentación, la densidad del líquido p y la viscosidad de cizalladura a velocidades de cizalladura para gradientes de velocidad pequeños ("zero-shear viscosity») 110. Este último valor se obtuvo mediante la extrapolación de las curvas de la Figura 3 para y' = O. Como se puede observar, Re:S10·2 y, en consecuencia, las tensiones de cizalladura son dominantes sobre la inercia del líquido. Por lo tanto, se puede asumir que la difusión radial viscosa del momento aplana el perfil de velocidad justo a la salida del capilar, forzando al campo de velocidad de tipo Poiseuille a evolucionar hacia una distribución plana muy cerca del capilar. Figure 8 shows the experimental values of the Reynolds number Re = pvoRoIl1o defined in terms of the radius Ro and the velocity Vo of the jet at the outlet of the feed capillary, the density of the liquid p and the shear viscosity at shear rates for gradients of small velocity ("zero-shear viscosity») 110. This last value was obtained by extrapolating the curves of Figure 3 for y '= O. As can be seen, Re: S10 · 2 and, consequently, the tensions of shear are dominant over the inertia of the liquid.Therefore, it can be assumed that the viscous radial diffusion of the moment flattens the velocity profile just at the exit of the capillary, forcing the Poiseuille type velocity field to evolve towards a flat distribution Very close to the capillary.

La figura 8 también muestra los valores de razón de aspecto A. = Ro/H. Filamentos líquidos esbeltos (A. -10-2) se forman entre el capilar de alimentación y el orificio de descarga. Bajo estas condiciones, la ecuación 10 (o de esbeltez) de cantidad de movimiento axial proporciona una descripción exacta de la dinámica del líquido. Figure 8 also shows the aspect ratio values A. = Ro / H. Slender liquid filaments (A. -10-2) are formed between the feeding capillary and the discharge hole. Under these conditions, equation 10 (or slenderness) of amount of axial movement provides an accurate description of the dynamics of the liquid.

En la presente configuración de flow focusing, la corriente de aire se acelera en la región situada en las inmediaciones del orificio de descarga, teniendo dicha región un tamaño muy inferior al del filamento líquido. Con el fin de ilustrar esto, se llevaron a cabo simulaciones numéricas con FLUENT 6.3 del flujo laminar e incompresible de aire que cruza el orificio circular utilizado en los experimentos. In the present flow focusing configuration, the air flow is accelerated in the region located in the vicinity of the discharge orifice, said region having a size much smaller than that of the liquid filament. In order to illustrate this, numerical simulations with FLUENT 6.3 of the laminar and incompressible flow of air crossing the circular orifice used in the experiments were carried out.

La Figura 9 muestra tanto la distribución de velocidad como la de presión manométrica a lo largo del eje del orificio en función de la distancia Z al centro del orificio. Como se puede observar, el efecto de enfocado está confinado dentro de una región de tamaño Z10 -1, donde O es el diámetro del orificio. En esta región , la fuerza por unidad de volumen ejercida por la corriente de aire en el chorro escala como LJp/O [50). El tamaño de la región de enfocado es mucho más pequeño que la longitud del chorro y, por lo tanto, la mayor parte del filamento líquido fluye libremente, sin interacción significativa con el aire circundante. Figure 9 shows both the velocity distribution and the manometric pressure distribution along the axis of the hole as a function of the distance Z to the center of the hole. As can be seen, the focusing effect is confined within a region of size Z10 -1, where O is the diameter of the hole. In this region, the force per unit volume exerted by the stream of air in the jet scales as LJp / O [50). The size of the focusing region is much smaller than the length of the jet and, therefore, most of the liquid filament flows freely, without significant interaction with the surrounding air.

La ecuación de cantidad de movimiento 1 D se puede expresar en función de las siguientes magnitudes dimensionales: la densidad p del líquido y su tensión superticial y, la viscosidad del solvente (agua) I1s (¡Js = 10-:) kg/ms), el radio del chorro R(z) y la velocidad axial vez) a lo largo del eje del chorro z, así como las distribuciones espaciales de las contribuciones The equation of quantity of movement 1 D can be expressed as a function of the following dimensional quantities: the density p of the liquid and its supertitial tension and, the viscosity of the solvent (water) I1s (¡Js = 10- :) kg / ms) , the radius of the jet R (z) and the axial velocity time) along the axis of the jet z, as well as the spatial distributions of the contributions

poliméricas axial oz(z) y radial orfz) al esfuerzo total. Si se desprecia la fuerza aerodinámica, entonces la ecuación 1 D se convierte en (37] v dv = _ ydC + ~~r(cr _cr + 3 ~., dV) R2] Polymers axial oz (z) and radial orfz) to the total effort. If the aerodynamic force is neglected, then the equation 1 D becomes (37] v dv = _ ydC + ~~ r (cr _cr + 3 ~., DV) R2]

dz pdz R' dz 2 , P dz dz pdz R 'dz 2, P dz

donde e es la curvatura local de la superficie libre. A fin de establecer el ranking de los términos que aparecen en la ecuación, se escalan las longitudes radiales y axiales con Ro Y 5 H, respectivamente; la velocidad del chorro con Vo y los esfuerzos poliméricos con el esfuerzo polimérico axial en la salida del capilar de alimentación ozO. Esta última magnitud se puede estimar como azO = '+'1 1, donde '+'1(Y) es la primera función viscométrica (Figura 3) y y. es la velocidad de cizalladura "efectiva" ("shear rate~) que caracteriza el flujo de Poiseuille en el capilar, es decir, y. =4Q/(TT R~ ) (Re es el radio del capilar) [28]. La ecuación where e is the local curvature of the free surface. In order to establish the ranking of the terms that appear in the equation, the radial and axial lengths are scaled with Ro Y 5 H, respectively; the speed of the jet with Vo and the polymeric stresses with the axial polymeric stress at the outlet of the ozO feed capillary. This last magnitude can be estimated as azO = '+' 1 1, where '+' 1 (Y) is the first viscometric function (Figure 3) and y. is the "effective" shear rate ("shear rate ~) that characterizes the flow of Poiseuille in the capillary, that is, and. = 4Q / (TT R ~) (Re is the radius of the capillary) [28]. equation

10 adimensional resultante es: The resulting dimensionless is:

fi.'vv'= -We-1fi.'C'+We-1Te[fi.'(& -& l]'+3ARe-1(fi.'v')' fi.'vv '= -We-1fi.'C' + We-1Te [fi. '(& - & l]' + 3ARe-1 (fi.'v ')'

~-----.J \ 2 '1 \' I~ -----. J \ 2 '1 \' I

Y ~ Y Y

1 II III IV 1 II III IV

Donde R.=R/Roy 11 = v/va son el radio y velocidad del chorro escalados, respectivamente; We=p v5 Roly es el número de Weber, C=CRo es la cUlv atura local adimensional de la Where R. = R / Roy 11 = v / va are the radius and speed of the jet scaled, respectively; We = p v5 Roly is the Weber number, C = CRo is the dimensionless local cUlv of the

15 superficie libre, Te= azcl{y I Ro) es el esfuerzo polimérico axial en la salida del capilar de alimentación en función de la presión capilar, Res=pvoRo/~s es el número de Reynolds basado en la viscosidad del solvente J.1s Y ar.z=a,.:I OzO es el campo de esfuerzos poliméricos escalados. Además, la prima denota la derivada d/di con respecto a la coordenada axial escalada i =z/H. 15 free surface, Te = azcl {and I Ro) is the axial polymeric stress at the outlet of the feed capillary as a function of capillary pressure, Res = pvoRo / ~ s is the Reynolds number based on the viscosity of solvent J. 1s Y ar.z = a,.: I OzO is the field of scaled polymeric stresses. In addition, the premium denotes the derivative d / di with respect to the scaled axial coordinate i = z / H.

Las variaciones a lo largo del chorro de su radio y velocidad son del orden de Ro y va, respectivamente. Debido a la esbeltez del chorro, C=1 /R. Por lo tanto, R.-11-fj'-C'-l, y The variations along the jet of its radius and velocity are of the order of Ro and va, respectively. Due to the slenderness of the jet, C = 1 / R. Therefore, R.-11-fj'-C'-l, and

(R. 2fj')' $ 1. Considérese ahora el número Deborah definido como De=2J...dvldz. De acuerdo con, por ejemplo, el modelo Oldroyd-B [9], si (De ) > lla contribución polimérica al esfuerzo (R. 2fj ')' $ 1. Consider now the Deborah number defined as De = 2J ... dvldz. According to, for example, the Oldroyd-B model [9], if (De)> the polymeric contribution to the effort

25 axial Oz crece exponencialmente, mientras que la componente radial or es despreciable [37]. En los experimentos se midió el número de Deborah promedio (De ) == 2A(VI -Vo)IH, donde VI es la velocidad del chorro justo enfrente del orificio de descarga. Si (De) > 1, entonces se puede suponer que [R.2(Oz-Or)]' crece exponencialmente a lo largo de todo el chorro. Axial Oz grows exponentially, while the radial component or is negligible [37]. In the experiments the average Deborah number (De) == 2A (VI -Vo) IH was measured, where VI is the velocity of the jet just in front of the discharge orifice. If (De)> 1, then it can be assumed that [R.2 (Oz-Or)] 'grows exponentially throughout the entire stream.

La Figura 10 muestra los valores experimentales de los números de Weber, Reynolds, y Deborah, así como la tensión polimérica adimensional Te. Como se puede observar, We , /l.Re¡; l « 1 en todos los casos y, en consecuencia, 11» 1» IV en la ecuación adimensional Figure 10 shows the experimental values of the numbers of Weber, Reynolds, and Deborah, as well as the dimensionless polymeric tension Te. As you can see, We, /l.Re¡; l «1 in all cases and, consequently, 11» 1 »IV in the dimensionless equation

del párrafo [0070]. Además, (De) > 1 en todos los experimentos y de ahí que el término 111 de la ecuación citada se espera que crezca de manera exponencial aguas abajo. Se concluye que el movimiento del chorro lejos del orificio está impulsado por el gradiente del of paragraph [0070]. In addition, (De)> 1 in all experiments and hence the term 111 of the aforementioned equation is expected to grow exponentially downstream. It is concluded that the movement of the jet away from the hole is driven by the gradient of the

esfuerzo effort: axial polimérico, mientras que la tensión superficial genera una fuerza de axial polymeric, While that the tension superficial generate a force from

resistencia resistance: significativa. En otras palabras, el equilibrio de fuerzas se reduce significant. In other words, he Balance from forces be reduce

aproximadamente a: approximately to:

í? 2c' = Te(ÍFoz)' í? 2c '= Te (ÍFoz)'

Es importante destacar que se obtuvieron valores del número Weber muy pequeños en los experimentos. De hecho, chorros capilares con We-6 x 10.4 fueron producidos para la concentración polimérica más alta y el caudal más bajo. Importantly, very small Weber number values were obtained in the experiments. In fact, capillary jets with We-6 x 10.4 were produced for the highest polymer concentration and the lowest flow rate.

Si uno compara sus energías cinética e interfacial, se puede afirmar que estos chorros cuelgan virtualmente en reposo del capilar de alimentación. Para estos números de Weber tan pequeños, se tiene que esperar que el chorro sea absolutamente inestable [31]. Esto implica que las ondas crecen y viajan tanto aguas arriba como aguas abajo sobre la superficie libre, evitando un "steady jetting", emisión estacionaria de chorro, perfecto. Como se mencionó anteriormente, se observaron en los experimentos oscilaciones autosostenidas de pequeña amplitud sobre todo el dominio líquido. La inestabilidad absoluta puede contribuir en parte a la aparición de tales oscilaciones. If one compares their kinetic and interfacial energies, it can be said that these jets hang virtually at rest from the feeding capillary. For these small Weber numbers, the jet must be expected to be absolutely unstable [31]. This implies that the waves grow and travel both upstream and downstream on the free surface, avoiding "steady jetting", steady jet emission, perfect. As mentioned above, self-sustained oscillations of small amplitude over the entire liquid domain were observed in the experiments. Absolute instability may contribute in part to the occurrence of such oscillations.

Cabe señalar que, contrariamente a lo que pOdría sucederle a los líquidos Newtonianos, esas oscilaciones no consiguen pinzar la superficie libre debido al papel estabilizador desempeñado por el esfuerzo axial polimérico no sólo en la deformación lineal, sino también en el proceso estrangulamiento no lineal. It should be noted that, contrary to what could happen to Newtonian liquids, these oscillations fail to clamp the free surface due to the stabilizing role played by the polymeric axial stress not only in the linear deformation, but also in the non-linear strangulation process.

Finalmente, se presta atención al radio R1 del chorro viscoelástico justo enfrente del orificio. El radio del chorro disminuye con A (Figura 11 -izquierda). Este resultado puede interpretarse en términos del número de Deborah efectivo (De) medido en los experimentos. Este parámetro también disminuye con A (Figura 11-derecha), lo que implica que tanto la tasa de deformación media como la viscosidad extensional (aparente) asociada al estiramiento del Finally, attention is paid to the radius R1 of the viscoelastic jet just in front of the hole. The radius of the jet decreases with A (Figure 11-left). This result can be interpreted in terms of the effective Deborah number (De) measured in the experiments. This parameter also decreases with A (Figure 11-right), which implies that both the average strain rate and the extensional (apparent) viscosity associated with the stretching of the

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polímero disminuyen también con 1\. Por lo tanto, la disipación de energía en todo el filamento líquido debe disminuir con 1\. Debido a que óp se mantuvo constante en todos los experimentos, la inyección de energía en el chorro era esencialmente la misma en todos los casos. Entonces, se puede concluir que la energía cinética del chorro (radio) enfrente del orificio debe aumentar (disminuir) cuando razón de aspecto disminuye. polymer also decrease with 1 \. Therefore, the dissipation of energy in the entire liquid filament should decrease with 1 \. Because op remained constant in all experiments, the injection of energy into the jet was essentially the same in all cases. Then, it can be concluded that the kinetic energy of the jet (radius) in front of the hole should increase (decrease) when the aspect ratio decreases.

CONCLUSIONES La invención aquí descrita muestra la producción de chorros capilares viscoelásticos de fluidos no-Newtonianos usando la configuración gaseosa de flow focusing. La naturaleza reológica del líquido altera el fenómeno de enfocado en varios aspectos importantes. Esta técnica permite formar chorros con longitudes de hasta más de un centenar de veces sus radios, y con números de Weber del orden de 10.4. Aunque la región de enfocado está confinada en una pequeña región próxima al orificio de descarga, las cadenas poliméricas transmiten el efecto de succión aguas arriba a lo largo de todo el hilo líquido. De esta manera, la resistencia ofrecida por la tensión superficial es vencida a pesar del hecho de que la energía cinética es mucho más pequeña que la interfacial. El régimen de Ujetting~ (emisión estable de chorro) se puede alcanzar dentro de un intervalo de la distancia capilarorificio que depende en gran medida tanto de la concentración polimérica como del caudal (ver figura 7). Para distancias por debajo de ese intervalo se encontró "pull-out" del menisco líquido, mientras que si la distancia excede el valor máximo del intervalo el chorro rompe. La consecución de un "steady jetting" (emisión estacionaria de chorro) perfecto fue un evento relativamente raro. En la mayoría de las configuraciones de chorro, se observaron importantes oscilaciones de la superficie libre. CONCLUSIONS The invention described herein shows the production of viscoelastic capillary jets of non-Newtonian fluids using the gaseous flow focusing configuration. The rheological nature of the liquid alters the phenomenon of focusing on several important aspects. This technique allows to form jets with lengths of more than a hundred times its radii, and with Weber numbers of the order of 10.4. Although the focusing region is confined in a small region near the discharge orifice, the polymer chains transmit the suction effect upstream along the entire liquid wire. In this way, the resistance offered by surface tension is overcome despite the fact that the kinetic energy is much smaller than the interfacial. The Ujetting ~ (stable jet emission) regime can be achieved within a range of the capillary-terror distance that depends largely on both the polymer concentration and the flow rate (see Figure 7). For distances below that interval, a pull-out of the liquid meniscus was found, while if the distance exceeds the maximum value of the interval, the jet breaks. The attainment of a perfect steady jetting was a relatively rare event. In most jet configurations, significant oscillations of the free surface were observed.

No se examinó la ruptura del chorro que tiene lugar detrás del orificio de descarga, ya que no difiere sustancialmente del proceso ampliamente analizado en la literatura (véase, por ejemplo, (21, 37, 49, 51, 52]). Las macromoléculas en solución suprimen la formación de gotas satélite, y producen grandes esfuerzos extensionales, que conducen a la formación de ampollas ("blistering") y estructuras "beads-on-string~ (cadena de perlas). The rupture of the jet that takes place behind the discharge orifice was not examined, since it does not differ substantially from the process widely analyzed in the literature (see, for example, (21, 37, 49, 51, 52)). Solution suppress the formation of satellite drops, and produce extensive extensional efforts, which lead to the formation of blisters ("blistering") and structures "beads-on-string ~ (pearl chain).

La competencia entre la tensión superficial y los esfuerzos poliméricos es el resultado de una compleja interacción entre la reología del líquido, el caudal, y la caída de presión aplicada, así como de las restricciones geométricas. The competition between surface tension and polymeric stresses is the result of a complex interaction between liquid rheology, flow rate, and applied pressure drop, as well as geometric constraints.

Lo anterior ilustra simplemente los principios de la invención. Se es consciente que aquellos expertos en la materia serán capaces de imaginar realizaciones que, aunque no estén The above simply illustrates the principles of the invention. It is aware that those skilled in the art will be able to imagine realizations that, although they are not

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explícitamente descritas o mostradas aquí, estén basadas en el fundamento y los principios explicitly described or shown here, are based on the foundation and principles

de la invención y por lo tanto estén incluidas en su espíritu y alcance. Adicionalmente, todos los ejemplos y lenguaje condicional utilizado aquí tiene la intención principal de ayudar al lector a entender los principios de la invención y los conceptos que aportan los inventores para impulsar la materia, y su intención no es limitar la invención a los ejemplos y condiciones mostrados. Más aún, todas las declaraciones describiendo principios, aspectos y realizaciones de la invención, asi como los ejemplos específicos mostrados, tienen la intención de abarcar tanto los equivalentes estructurales como los equivalentes funcionales. Adicionalmente, la intención es que esos equivalentes incluyan tanto aquellos conocidos actualmente como aquellos que se desarrollarán en el futuro, p.ej cualquier elemento desarrollado para realizar la misma función independientemente de su estructura. El alcance de la presente intención, por lo tanto, no tiene intención de estar limitado a las realizaciones incluidas en los ejemplos y descritas aquí. Es más, el alcance y espíritu de la presente invención es el que está enmarcado por las siguientes reivindicaciones. of the invention and therefore be included in its spirit and scope. Additionally, all the examples and conditional language used here have the main intention of helping the reader understand the principles of the invention and the concepts that the inventors contribute to promote the subject, and their intention is not to limit the invention to the examples and conditions shown. Moreover, all statements describing principles, aspects and embodiments of the invention, as well as the specific examples shown, are intended to cover both structural equivalents and functional equivalents. Additionally, the intention is that those equivalents include both those currently known and those that will be developed in the future, eg any element developed to perform the same function regardless of its structure. The scope of the present intention, therefore, is not intended to be limited to the embodiments included in the examples and described herein. Moreover, the scope and spirit of the present invention is what is framed by the following claims.

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25 106, 29, 2002.

Claims

1. A method for creating an elongated capillary jet or filament of a viscoelastic liquid, characterized by:

5 forcing a viscoelastic liquid through a channel of a power supply at a speed that causes the liquid to exit the outlet opening of the channel, said opening being inside a pressurized chamber;

force a gas into the pressurized chamber to exit through a positioned hole

10 in front of the path of the viscoelastic liquid leaving the outlet opening of the channel, so that the gas flows concentrically with the viscoelastic liquid leaving the outlet opening of the channel, the gas velocity being greater than the velocity of the liquid ;

15 where the dynamic forces that the gas exerts on the surface of the viscoelastic liquid that exits the outlet opening of the channel cause an elongated capillary jet or filament of the liquid to form, as a consequence of which said dynamic forces generate as a global result on the viscoelastic liquid an axial tension maintained along the axis of the jet, which stabilizes it;

20 and allow the elongated capillary jet or filament to exit, surrounded by the gas, from the chamber pressurized by the hole in the chamber.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the viscoelastic liquid is a Boger liquid.

3. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Weber number of the jet is less than 1.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Weber number of the jet is less than 1x10 · 1 •

5. 5.: Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el número de Weber del chorro es menor que 1x10·2. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Weber number of the jet is less than 1x10 · 2.

6. 6.: Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the

Viscoelastic liquid is forced through the channel at a speed within the range of 0.001 ~ l / sec to 100 ~ l / sec.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the

5 gas is forced through the orifice of the pressurized chamber at a speed within the range of 50 ~ l / sec to 20,000 ~ l / sec.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the

gas is forced through the orifice of the pressurized chamber at a speed within the range of 100 ~ l / sec to 500 ~ l / sec.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the channel of the power supply is a capillary or cylindrical tube.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the channel of the power supply has an outlet diameter of less than 0.5 mm.

eleven . Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the

The outlet opening of the power supply channel and the outlet opening of the pressurized chamber 20 are located at a distance of less than 0.5 mm.

12. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outlet opening of the power supply channel has a diameter of less than 0.5 mm, the outlet opening of the pressurized chamber has a diameter of less than 0.25 mm , Y

25 The outlet opening of the power supply channel is located at a point less than 0.5 mm from the outlet opening of the pressurized chamber.

13. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outlet opening of the power supply channel has a diameter in the range of

30 0.1 mm to 0.5 mm, the outlet opening of the pressurized chamber has a diameter in the range of 0.1 mm to 0.25 mm, and the outlet opening of the power supply channel is located at a point at a distance in the range of 0.2 to 0.5 mm from the outlet hole of the pressurized chamber.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the distance between the outlet opening of the power supply channel and the outlet opening of the pressurized chamber increases progressively until reaching a maximum final distance of 12 mm or less. .

15. Elongated capillary jet or viscoelastic liquid filament obtainable according to method 5 defined in any one of the preceding claims.

16. Solid filament or solid fiber obtainable according to the method defined in any one of claims 1 to 14 followed by a solidification or phase change process.

17. Solid filament or solid fiber according to claim 16, characterized in that the solidification or phase change process is carried out by solvent evaporation, cooling, chemical curing, chemical interaction with the forcing gas, chemical interaction with the gas of the environment in which the hair jet is discharged, or heat hardening.

15. Use of the filament or fiber according to claim 17 as textile material, material for biomedical, surgical or prosthetic use, material for structural use in mechanical applications, material for the elaboration of wires or cables of very high resistance to breakage, such as fiber of mechanical reinforcement in materials with low tensile strength, substrate for biotechnological use, or material associated with telecommunication.