A influência de sistemas com múltiplos solventes no processo de eletrofiação

Por que fibras minúsculas e líquidos simples importam

De máscaras faciais respiráveis a curativos inteligentes e embalagens de alimentos, muitos materiais modernos dependem de mantas de fibras plásticas extremamente finas. Uma das maneiras mais versáteis de produzir essas nanofibras é a técnica chamada eletrofiação, que puxa filamentos de um líquido usando alta tensão. Este artigo faz uma pergunta aparentemente simples, com grandes consequências práticas: como a escolha e a mistura de solventes comuns de laboratório — os líquidos usados para dissolver o plástico — controlam se se formam fibras úteis e bem definidas ou se o líquido, de repente, se transforma em um gel inútil?

Fiando teias a partir de líquido carregado

A eletrofiação começa com um polímero dissolvido em um solvente e alimentado por um pequeno bico. Quando se aplica alta tensão, um fio fino dispara em direção a uma placa coletora e solidifica-se em uma rede de fibras mais finas que um fio de cabelo humano. A beleza do método é que o diâmetro, a suavidade e a porosidade das fibras podem ser ajustados para diferentes funções, de curativos com liberação de fármacos a filtros de ar e água. Mas o processo é extremamente sensível às propriedades do líquido: sua viscosidade, tensão superficial e capacidade de conduzir eletricidade dependem de qual solvente, ou combinação de solventes, é usada. Neste estudo, os autores concentram-se em um plástico biodegradável, o succinato de polibutileno (PBS), e exploram o que acontece quando ele é dissolvido em clorofórmio junto com um segundo líquido de ponto de ebulição mais alto.

Quando um líquido claro de repente vira geleia

A equipe misturou sistematicamente clorofórmio com três solventes orgânicos comuns — dimetilformamida (DMF), dimetilsulfóxido (DMSO) e d-limoneno — e dissolveu duas qualidades comerciais de PBS nessas misturas. Eles observaram que muitas dessas misturas de dois solventes, em vez de permanecerem claras, ficavam lentamente turvas e finalmente se transformavam em uma massa gelatinosa ou tipo graxa, especialmente quando DMF ou DMSO estavam presentes. Ao aquecer e resfriar cuidadosamente as soluções e monitorar quando elas mudavam entre líquido e gel, os pesquisadores mapearam temperaturas de transição e estimaram a barreira energética para essa mudança. A análise da forma molecular dos solventes e da distribuição de cargas sugere que os muito polares DMF e DMSO se associam fortemente entre si e com sítios específicos nas cadeias de PBS. Esses contatos efetivamente travam partes da cadeia, reduzindo a mobilidade e empurrando a mistura em direção à precipitação local e à gelificação.

Pequenas diferenças no plástico, grandes diferenças no comportamento

Curiosamente, os dois produtos de PBS, embora quase idênticos em massa molar, responderam de maneiras bastante diferentes. Uma qualidade (BioPBS FD 92) gelificou apenas quando o conteúdo do co-solvente polar era relativamente alto, enquanto a outra (PBE 003) começou a ficar turva com adições muito menores. Os autores vinculam esse contraste a diferenças sutis na densidade, na arquitetura das cadeias e em aditivos de processamento adicionados na fábrica, que alteram a facilidade com que moléculas de solvente conseguem se acomodar entre segmentos do polímero. Medidas de viscosidade mostraram que as soluções de BioPBS eram mais espessas, o que ajudou a estabilizar o jato carregado durante a eletrofiação, levando a fibras mais uniformes. Em contraste, as soluções de PBE 003, de menor viscosidade, eram mais propensas a instabilidades, produzindo fibras com maior variação de diâmetro e mais defeitos em forma de fuso, especialmente conforme a gelificação avançava com o tempo.

De filamentos lisos a fibras porosas e instáveis

Usando microscópios eletrônicos, os pesquisadores compararam as fibras produzidas por cada combinação de solventes. Com DMF como segundo solvente, obtiveram fibras lisas e contínuas. Quando se usou DMSO, as fibras desenvolveram uma superfície porosa. Os autores atribuem isso a uma separação de fases induzida por vapor: o DMSO, altamente hidrofílico, absorve umidade do ar circundante, fazendo com que o PBS dissolvido precipite na superfície da fibra antes que os solventes evaporem por completo, deixando para trás pequenos vazios. Para misturas que gelificaram rapidamente, a janela de processamento útil encolheu para cerca de meia hora. Passado esse tempo, o jato se rompia, os diâmetros das fibras tornavam-se erráticos e apareciam fusos grossos, demonstrando como a gelificação dependente do tempo compromete diretamente a qualidade do produto e a escalabilidade.

O que isso significa para materiais fibrosos mais verdes

Em termos práticos, este trabalho mostra que dissolver um plástico em “qualquer” mistura de líquidos compatíveis não é suficiente se se deseja nanofibras confiáveis e finamente ajustadas. O emparelhamento exato e a razão de mistura dos solventes podem conduzir silenciosamente o líquido de um estado amigável e fiável para um gel rígido que entope o processo, ou para uma solução que forma fibras lisas ou porosas. Para o PBS biodegradável, parceiros polares como DMF e DMSO oferecem controle útil sobre o tamanho e a textura das fibras, mas também podem desencadear a gelificação, a menos que seu teor e a temperatura sejam cuidadosamente controlados. Ao identificar essas interações ocultas e seu impacto no tempo de processamento, este estudo fornece um roteiro prático para projetar produtos de nanofibras mais seguros e mais sustentáveis para medicina, embalagem e filtração, sem surpresas desagradáveis na linha de fiação.

Citação: Borowczak, M., Sobczyk, K. & Leluk, K. The influence of multi-solvent systems on the electrospinning process. Sci Rep 16, 8666 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42574-0

Palavras-chave: eletrofiação, nanofibras, polímeros biodegradáveis, misturas de solventes, gelificação