Nanofibras são compostas de polímeros com diâmetro de fibra menor que 0,5 µm, utilizando processo de nanotecnologia. Nanofibras perfeitamente estruturadas permitem gerar superfícies de porosidade fina que conseguem reter maior quantidade de impurezas, aumentando também a vida útil dos elementos filtrantes, com diminuição de diferencial de pressão e aumento de eficiência.
Diversos métodos foram desenvolvidos ao longo dos anos para introduzir nanofibras nos meio filtrantes. Há inúmeros modelos de negócios; conversores incorporando uma camada de nanofibras ao meio filtrante existente, manufaturas fornecendo um substrato com uma camada de nanofibras, e de maneira crescente, fornecedores de equipamento de sopro "melt blown" ou "electrospinning" capazes de inserir uma camada de nanofibras agregada à fabricação dos meios filtrantes.
Enquanto os negócios se focaram em nanofibras, as aplicações enfrentaram os mesmos desafios que o resto do mercado de nonwovens e meios filtrantes nesse período, ou seja, não é uma questão de quando as fibras finas terão um incremento na utilização, mas como podem ser introduzidas nos produtos de forma rentável.
As nanofibras são utilizadas em diversos mercados e aplicações. Muitas companhias têm trabalhado com metodologias de fibras finas, tanto em P&D como em projetos de engenharia de produto de maneira crescente, como um método de melhorar a lucratividade e o desempenho dos produtos finais de filtração.
Dividimos as etapas de trabalho e desenvolvimento de produtos com nanofibras em nove fases distintas:
1) Seleção de produto;
2) Seleção de polímero;
3) Substrato;
4) Método de formação da fibra;
5) Camada de nanofiltragem (NF);
6) Projeto do meio filtrante;
7) Pós-operações de aplicação de NF;
8) Projeto de filtro;
9) Uso e cadeia de fornecimento.
A importância de se escolher o projeto logo no início para se inserir um processo produtivo de nanofibras, não pode ser exagerada.
Projetos que envolvam nanofibras são mais bem sucedidos quando há uma clara necessidade e um claro entendimento de que as nanofibras irão melhorar o desempenho e resolver os problemas dos clientes. Quando alguém diz "precisamos atingir esta eficiência, com esta queda de pressão e neste tipo de ambiente, e suspeitamos que as nanofibras irão nos permitir fazer isto", então estamos começando a entender e definir um caminho de implementação de produto que irá levar a uma integração de nanofibras bem sucedida.
Objetivos claros são importantes para a implementação do uso de nanofibras, há casos em que as mesmas não são a ferramenta correta. Ao se realizar as primeiras interações e perceber que os objetivos ainda estão distantes, aqueles primeiros passos para definir quais serão os objetivos vão permitir se afastar de projetos mal sucedidos. As etapas finais do uso otimizado de NF não serão possíveis se o trabalho inicial não foi feito para entender quais são as necessidades. Sem os parâmetro iniciais, são muitas as avenidas a serem percorridas.
A seleção do polímero é crucial; em qual ambiente o meio filtrante será usado? Há restrições de temperatura? Será necessário filtrar produtos químicos agressivos? Escolher o polímero correto para a necessidade ambiental é primordial, assim como a proporção em que será usado.
Camadas de nanofibras podem funcionar como um fino revestimento em um substrato ou em aplicações acima de 5 gramas por metro quadrado. Em ambos casos, as nanofibras serão usadas em conjunto com algum tipo de suporte mecânico, pré-filtro ou como cobertura para fins estéticos. Escolher a camada de substrato correta é importante, bem como o desempenho da adesão entre as camadas. Há muitas formas de se promover a adesão entre as camadas de nanofibras e o substrato; para encontrar o método correto a ser aplicado é necessário ter conhecimento do ambiente operacional final do filtro.
Há diversas formas para se gerar uma camada de nanofibras; a dicotomia primária é escolher entre um processo de derretimento a sopro "meltblown" ou "electrospun". Processos meltblown tendem a ter uma distribuição mais larga de diâmetros de fibras e não são capazes de conseguir fibras de menos de 500 nm de forma consistente. Dentro do processo de "electrospinning" há duas alternativas principais: as baseadas em agulhas ou baseadas em superfície livre, que podem ser encontradas nos equipamentos da empresa Elmarco, da República Tcheca.


Fibras de maior diâmetro têm alto impacto na produtividade do processo para uma certa eficiência de filtragem. Uma simples fibra de 3 micra num lote cuja média seja de 700 fibras de 200 nm, pode representar um aumento de 85% da massa, e ao contrário disso, num processo bem controlado pode-se colocar 99% da massa para se melhorar a eficiência da filtragem.
O projeto do meio é a intersecção entre o substrato e a cobertura de nanofibras. Como os diferentes materiais irão interagir entre si, antes da plissagem e da formação do filtro? Apesar das melhorias dos modelos de software de projeto de meio, esta é uma área na qual a prova empírica prevalece. É mais arte do que ciência. "Electrospinning" é uma área onde a homogeneidade das fibras permite a criação de uma camada específica para determinada aplicação. Caso esta não seja uma habilidade presente na empresa, há um número crescente de consultores com bom conhecimento na área.
Muitas destas preocupações podem ser resolvidas tendo-se a pessoa correta na pré-inspeção, antes de se iniciar o trabalho com um projeto de nanofibras. Há dez anos, o número de pessoas com esta experiência era limitado, mas agora há muitas equipes com este conhecimento, e sabem que este tipo de preocupação tem de ser resolvido o mais cedo possível.
A experiência na área de projetos de filtros é imprescindível para se criar um produto que seja de alto valor agregado para o cliente final. A adição da camada de nanofibras pode melhorar o desempenho em várias aplicações e situações do processo de filtragem, sendo as mais notáveis a queda de pressão, aumento da eficiência e capacidade de retenção de sujeira, e caso o meio seja fabricado de forma apropriada, se torna uma nova ferramenta para o projetista de filtros.
O projeto da camada de nanofibra para otimizar a cadeia de suprimentos é importante. Como Von Hippel nos mostrou em seu livro "Sources of Innovation", que pode ser baixado gratuitamente no endereço http://web.mit.edu/evhippel/www/sources.htm, considerações de cadeia de suprimentos são cruciais para se entender quando, aonde e como novos processos são trazidos à indústria.
A Elmarco, focada em desenvolver equipamentos para nanofibras, afirma: "Acreditamos que qualquer player possa se mover para produtos com tecnologia de nanofibras, quando e onde desejar". A empresa ainda complementa que, ao desenvolver equipamentos que sejam usáveis por manufaturas de meio filtrante, fabricantes de filtros ou conversores, o principal objetivo é tornar fácil para a indústria trabalhar com nanofibras, não importando onde a empresa esteja na cadeia de suprimentos.
Para finalizar, o componente mais crucial no planejamento da introdução bem sucedida está na identificação clara do produto e das necessidades no início do projeto do produto. Com este critério em mente, pode-se responder às considerações sobre seleção de polímeros, substratos, métodos de formação de fibras, camada de NF, projeto do meio filtrante, operações pós-camada e suprimentos. Os usos atuais de NF e as aplicações potenciais da NF em filtragem são significantes. Executar a introdução de um produto de sucesso requer um claro entendimento das necessidades do cliente.

Fred Lybrand