Resumen de Electrospraying of polymer solutions for the generation of micro-particles, nano-structures, and granular films
S'ha realitzat un estudi sobre els mecanismes de formació de micropartícules polimèriques i les seves pel•lícules granulars, a partir de l'assecat de microgotes de electrosprays. L'estudi se centra en diferents solucions de tres polímers insolubles en aigua: polimetil(metacrilat), poliestirè, i etil cel•lulosa. L'assecat d'aquests electrosprays dóna lloc a diverses morfologies de partícula, que han estat determinades mitjançant microscòpia d'escombrat electrònic, i han estat caracteritzades en funció del solvent, concentració del polímer, el seu pes molecular, i la humitat relativa ambient. Les morfologies obtingudes inclouen una varietat d'estructures de partícula globulars i filamentoses, que, a humitat relativa elevada, poden desenvolupar porositat. Aquestes característiques morfològiques han estat explicades mitjançant models qualitatius que involucren fenòmens fluid dinàmics i sobre separació de fases, presents en sistemes relacionats amb els estudiats. Un dels fenòmens fluid dinàmics involucrats clau són les inestabilitats coulòmbiques de gotes elèctricament carregades. A més, la interacció de no solvent de l'aigua en la precipitació del polímer pot donar lloc a textures poroses sobre la superfície de les partícules. Les diferents formes de textura han estat explicades en referència als fenòmens de breath figure formation (BFF), i a la inversió de fases induïda per vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). També hem estudiat el creixement de les pel•lícules granulars formades a partir de les partícules polimèriques. Demostrem que la càrrega elèctrica transportada per les partícules cap a la pel•lícula influeix fortament en la dinàmica de creixement d’aquesta. Un millor coneixement dels mecanismes estudiats en aquesta tesi hauria de permetre dissenyar nous processos de manufactura de partícules i recobriments basats en electrospray. Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido car Se ha realizado un estudio sobre los mecanismos de formación de micropartículas poliméricas y sus películas granulares, a partir del secado de microgotas de electropras. El estudio se centra en diferentes soluciones de tres polímeros insolubles en agua: polimetil(metacrilato), poliestireno, y etil celulosa. El secado de estos electrosprays da lugar a diversas morfologías de partícula, que han sido determinadas mediante microscopía de barrido electrónico, y han sido caracterizadas en función del solvente, concentración del polímero, su peso molecular, y la humedad relativa ambiente. Las morfologías obtenidas incluyen una variedad de estructuras de partícula globulares y filamentosas, que, a humedad relativa elevada, pueden desarrollar porosidad. Estas características morfológicas han sido explicadas mediante modelos cualitativos que involucran fenómenos fluido dinámicos y sobre separación de fases, presentes en sistemas relacionados con los estudiados. Uno de los fenómenos fluido dinámicos involucrados clave son las inestabilidades coulómbicas de gotas eléctricamente cargadas. Además, la interacción de no solvente del agua en la precipitación del polímero puede dar lugar a texturas porosas sobre la superficie de las partículas. Los diferentes tipos de texturas han sido explicadas en referencia a los fenómenos de breath figure formation (BFF), y a inversión de fases inducida por vapor (vapor induced phase separation, o VIPS). También hemos estudiado el crecimiento de las películas granulares formadas a partir de las partículas poliméricas. Demostramos que la carga eléctrica transportada por las partículas hacia la película influye fuertemente en la dinámica de crecimiento de ésta. Un mejor conocimiento de los mecanismos estudiados en esta tesis debería permitir diseñar nuevos procesos de manufactura de partículas y recubrimientos basados en electrospray. A study has been made of the mechanisms underlying the formation of polymeric microparticles and of their granular films, by drying of electrospray microdroplets. The study is focused on different solutions of three water-insoluble polymers: polymethyl(methacrylate), polystyrene, and ethyl cellulose. The drying of such electrosprays result in diverse particle morphologies, which have been determined by scanning electron microscopy, and have been characterized as a function of the solvent, polymer concentration, polymer molecular weight, and ambient relative humidity. The morphologies obtained include a variety of globular and filamented particle structures, which, at elevated relative humidity, can develop porosity. These morphological features have been explained using qualitative models involving fluid dynamic and phase separation phenomena which are known to occur in closely related systems. One of the key fluid dynamic phenomena involved is the coulombic instability of electrically charged droplets. In addition, the non-solvent interaction of water on the precipitation of the polymer can lead to porous textures on the particles surfaces. The different kinds of textures have been explained by reference to breath-figure formation (BFF) and vapor induced phase separation (VIPS) phenomena. We have also studied the growth of the granular films of such polymer particles. We show that the electrical charge transported by the particles to the film have a strong influence on the film growth dynamics. The better understanding of the mechanisms studied in this thesis, should help design new manufacturing processes of particles and coatings based on electrospray.
