EFFICIENZA DI FILTRAZIONE 1 DI NANOPARTICELLE CON 2 MATERIALE ELETTROTESSUTO CONTENENTE NANOFIBRE 3 ULTRASOTTILI DI NYLON-6

Abstract

L'electrospinning è un processo che utilizza un campo elettrico al fine di generare nanofibre  cilindriche (NFs) con diametro medio intorno a 100 nm, e nanofibre ultrasottili (UNFs) aventi un  diametro inferiore ai 20 nm. Le fibre sono create attraverso l'elongazione di un jet elettrificato ricavato da una soluzione di polimeri. Tale metodo produce fibre con differenti diametri e forme, tra cui sfere, ragnatele, diramazioni, nastri e fibre scisse longitudinalmente.

Il primo obiettivo della ricerca riguarda lo studio dettagliato del processo dell'electrospinning, col fine di correlare gli effetti dei parametri operativi sulla forma delle nanofibre. Le proprietà quali concentrazione ed età della soluzione, parametri operativi e ambientali quali la distanza tra il punto di espulsione della soluzione e il piatto di deposito e l'umidità relativa sono i fattori chiave che determinano la morfologia delle nanofibre. A spiegazione del meccanismo di formazione delle UNFs si propone una sequenza data dalle fibre a nastro che vengono inizialmente stirate ed allungate dal campo elettrico, e poi successivamente sottoposte a una rapida fase di separazione del film esterno e del solvente.

Il secondo obiettivo della ricerca è verificare se e come le nanofibre influenzano l'efficienza di filtrazione di un filtro in commercio qualora depositate sulla superficie. L'analisi è stata eseguita con l'ausilio di test di filtrazione aventi diversi set-up operativi su filtri con presenza e assenza di nanofibre sulla superficie. Le nanofibre depositate sui filtri sono state create con differenti soluzioni e conseguentemente sono caratterizzate da una diversa morfologia.

In base allo studio svolto sulla morfologia delle fibre e ai test sperimentali è stato poi sviluppato un modello col fine di stimare l'efficienza di filtrazione e la perdita di carico dovuti alla struttura delle UNFs in combinazione con le NFs. Il modello è composto da molteplici strati caratterizzati da diverse aree a reti esagonali che rappresentano ogni tipologia di struttura.

Da questo studio emerge che le nanofibre ultrasottili, quando depositate sulla superficie di un filtro in commercio, ne migliorano notevolmente le prestazioni. È stato registrato un importante aumento di efficienza e di perdita di carico in esperimenti effettuati con ridotta velocità tangenziale su filtri aventi nanofibre create da soluzioni con alta viscosità, lungo tempo di deposito e breve distanza tra il punto di espulsione della soluzione e la superficie di deposito. I risultati dimostrano che le UFNs sono vantaggiose quando è richiesta un’alta efficienza di filtrazione, un peso minimo, e quando è disponibile uno spazio ridotto per il posizionamento del filtro.