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Nanotecnología

Goma reforzada

Empresa crea material nanoestructurado compuesto de polímero y arcilla para aplicaciones en diversos segmentos industriales

Las pelotas de tenis elaboradas con el nuevo material tardan más en desinflarse

Miguel BoyayanLas pelotas de tenis elaboradas con el nuevo material tardan más en desinflarseMiguel Boyayan

La expectativa es grande en los laboratorios de Orbys, una empresa de pequeño porte fundada hace cuatro años y actualmente con sede en el Centro Incubador de Empresas Tecnológicas (Cietec), ubicado en el campus de la Ciudad Universitaria de São Paulo. Si todo va bien, la misma comenzará el año que viene la fabricación en escala comercial del Imbrik, un material compuesto de goma natural y arcilla para su empleo en productos de diversos segmentos industriales. En la industria es común la adición de arcilla a la goma en la formulación, principalmente para reducir el costo del compuesto. La novedad es la tecnología de Orbys que permite que la arcilla sea finamente dividida, llegando a un espesor nanométrico, que equivale a 100 mil veces menos el espesor de un pelo. La mezcla de arcilla nanométrica y goma, denominada nanocompósito, aporta algunas ventajas al producto. Es el Imbrik, que posee, según la empresa, varios niveles de resistencia y maleabilidad, y ocupa una franja entre las gomas cruda y la vulcanizada, como la que se utiliza en los neumáticos. Podrá ser utilizado en la fabricación de una serie de artículos que llevan goma como materia prima tales como calzados, artículos deportivos, juguetes, neumáticos y autopartes.

Los primeros volúmenes del nuevo material saldrán al mercado en 2009 y se los utilizará en la fabricación de pelotas de tenis y suelas de zapatos. “Las negociaciones con los fabricantes de esos materiales se encuentran bastante adelantadas. Esperamos que los dos productos estarán a disposición de los consumidores el próximo año”, sostiene el ingeniero naval Eduardo Figueiredo, propietario de Orbys. El precio del Imbrik, según el empresario, será equivalente o en algunos casos inferior si se lo compara con los tipos de goma industriales de la competencia. La historia del Imbrik empezó en los laboratorios del Instituto de Química de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp). Fue allí que el profesor Fernando Galembeck y su equipo comenzaron el desarrollo de una nueva sustancia al mezclar goma natural y arcilla. La obtención del primer resultado experimental que derivó en este producto estuvo a cargo de la investigadora Márcia Rippel, durante su trabajo de doctorado (finalizado en 2005). La sociedad con Orbys nos permitió detectar algunas posibilidades de aplicación del nanocompósito, y al mismo tiempo nos ayudó a entender qué sería necesario para llegar a los productos finales”, subraya Galembeck. El investigador también destaca en este trabajo otro aspecto positivo de la investigación, que fue el descubrimiento de la estabilización del Imbrik por adhesión electroestática, un fenómeno físico mediante el cual las partículas negativas de la goma natural y de la arcilla forman un sándwich con un “relleno” de iones positivos (átomos con pérdida de electrón) del liquido donde esos dos materiales están sumergidos. “La adhesión electroestática es un mecanismo que ya fue discutido en la literatura hace décadas, pero andaba medio desacreditado. Nosotros demostramos que es fundamental para la estabilización del producto. Lo curioso es que haya sido descubierta antes de darnos cuenta que su formación se debe en gran medida a ese mecanismo de adhesión. En este caso, como en muchos otros, la tecnología vino antes que la teoría y que los modelos científicos”, destaca Galembeck. Ese descubrimiento generó artículos publicados en revistas científicas como el Journal of Physical Chemistry, Chemistry of Materials and Polymer.

Imbrik granulado...

Miguel BoyayanImbrik granulado…Miguel Boyayan

La investigación fue un éxito y resultó en el registro de dos patentes relacionadas con el proceso de producción de nanocompósitos poliméricos con arcillas exfoliadas, nombre dado al proceso de separación de láminas del mineral. En diciembre de 2004, Orbys adquirió el derecho exclusivo de explotación comercial de la tecnología. El contrato firmado con la Agencia de Innovación (Inova) de la Unicamp prevenía el pago de valores relativos al derecho de uso de patente y a royalties — las cifras son mantenidas en secreto por las partes. Estaba previsto que los royalties relativos a un porcentaje de las ventas del producto comenzarían a pagarse dos años después de la licencia, pero hubo un atraso en la finalización de la tecnología el pago se postergó. En julio de este año, confiado en el éxito del producto, Orbys solicito la extensión de la patente a otros países.

En la licencia, la empresa suscribió con la Unicamp un Convenio de Cooperación Técnica con miras a perfeccionar el proceso de producción y  desarrollar aplicaciones industriales de los nanocompósitos. “Tardamos dos años y medio para concebir el Imbrik y que el proceso fuera factible industrialmente. Fueron necesarios seis meses más para llegar al prototipo de la pelota de tenis, que estuvo lista en enero de este año”, destaca Figueiredo. En 2005, la empresa inició un programa de desarrollo de materiales a base de nanocompósitos poliméricos para la industria de calzados con apoyo del Instituto Brasileño de Tecnología del Cuero, Calzados y Artefactos (IBTeC, sigla en portugués) y de la Unicamp. Desde la licencia, ya se han invertido 2,5 millones de reales en el desarrollo del Imbrik, y la mayor parte de los recursos, 1,8 millones, corrió por cuenta del dueño de Orbys. El resto corresponde a nueve financiamientos obtenidos en agencias de fomento como la FAPESP, el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y Servicio Brasileño de Apoyo a las Micro y Pequeñas Empresas (Sebrae).

En la FAPESP, Orbys obtuvo la aprobación de cuatro proyectos del Programa Investigación Innovadora en Pequeñas y Microempresas (Pipe). Uno de ellos se encuentra más avanzado, en la segunda fase de ejecución, y se destina al desarrollo de nanocompósitos con base en  gomas sintéticas, similares al Imbrik. El proyecto prevé el giro de recursos por valor 300 mil reales que se emplearán en ensayos de laboratorio y en la compra de equipamientos que vuelvan factible la operación de la planta piloto para escalonamiento, con capacidad para producir 1.300 kilos de nanocompósitos por mes. El auxilio del Sabrae se usó para financiar ensayos del nuevo material en el Instituto de Investigaciones Tecnológicas del Estado de San Pablo (IPT, sigla en portugués), mientras que el CNPq concedió dos becas para el desarrollo de blendas nanocompuestas formuladas con base en la mezcla de dos o más polímeros o gomas con arcilla. Los recursos de la Finep, a su vez, se emplearon en el fomento de investigaciones destinadas la aplicación de la nanotecnología en la producción de insumos para el sector de calzados y para la fabricación de adhesivos a partir del nanocompósito polimérico y otros insumos para el sector de calzados. Esa última investigación no llegó a los resultados esperados en el segmento de adhesivos, pero sí fue importante para el desarrollo de suelas y otras aplicaciones.

...para el moldeado de suelas de zapatos…

Miguel Boyayan…para el moldeado de suelas de zapatos…Miguel Boyayan

Arcilla en láminas
Los nanocompósitos poliméricos, como el Imbrik, son materiales formados por la combinación de un polímero (plástico o goma) y un compuesto inorgánico sintético o natural, como la arcilla. Su preparación puede ocurrir por mezcla, adicionando arcilla al látex natural o sintético. El secreto del nuevo material, atóxico y fabricado con insumos naturales, reside en la mejora de sus características fisicoquímicas. “Los granos de arcilla son estructurados en forma de láminas superpuestas, que se asemejan a un mazo de cartas. Estas láminas, también llamadas laminillas, son separadas en una dimensión nanometrica (equivalente a la millonésima parte de un milímetro) y mezcladas al látex. Son esas laminillas que, al adherirse fuertemente al polímero, lo dotan de propiedades mecánicas superiores”, afirma la química Arlete Tavares Almeida, gerente de Investigación y Desarrollo de Orbys.

El Imbrik es un material translúcido e presenta una coloración que oscila del beige claro al marrón. El insumo posee varias formas de presentación: emulsión (líquida), mantas, fardos y granulados. Sus propiedades mecánicas varían según las composiciones de polímero y arcilla empleadas en la fabricación. Según Orbys, entre las diversas ventajas del nanocompósito polimérico, cabe destacar su mayor tensión de ruptura, su mayor estabilidad térmica — lo que significa que soporta temperaturas más elevadas sin degradarse, mayor resistencia a la flexión y a los esfuerzos sin sufrir deformaciones. También exhibe mayor resistencia química ante aceites y solventes y forma películas más perfectas y menos porosas. Además, posee altas propiedades de barrera, lo que significa una reducción de la permeabilidad a gases de hasta un 90%. Esta última característica llamó la atención de un fabricante nacional de pelotas de tenis, interesado en elevar la durabilidad y la resistencia de su producto, que es vendido a granel, sin el embalaje presurizado que protege las pelotas. “El Imbrik retiene el gas en el interior de las pelotas y aumenta su vida útil”, explica la química Adriana De Donato, responsable del área de producción industrial de Orbys. La pérdida del gas del interior de la pelota es lo que hace que se desinfle y se inutilice para el juego. Una empresa argentina también ha demostrado interés en el nanocompósito y está realizando pruebas con prototipos de las pelotas fabricadas con este material.

El nanocompósito polimérico de Orbys, según Figueiredo, se encuentra en evaluación por parte de unas 30 industrias de ocho diferentes segmentos de mercado, entre las cuales están cinco grandes fabricantes de calzados. “Nuestro socio en el sector de calzados es el IBTeC, de Nova Hamburgo, Río Grande do Sul. Ya hicimos prototipos de suelas con el Imbrik y ahora las industrias de calzado están realizando pruebas”, dice el dueño de la Orbys. Una característica crucial de la suela es su carácter ambientalmente correcto. “Por no ser vulcanizado ‘no lleva azufre’, como buena parte de las gomas que se emplean en la fabricación de zapatos, puede considerárselo un material reciclable y reprocesable. Por cierto, ésas son características del Imbrik de una forma general”, explica Arlete. Aparte del látex de goma natural, Orbys está desarrollando una línea de productos que comprende nanocompósitos a base de gomas sintéticas.

… y anillos de muelles industriales

Miguel Boyayan… y anillos de muelles industrialesMiguel Boyayan

La producción en gran escala del Imbrik no estará a cargo de Orbys, sino por una industria socia. “Pero la parte sensible del proyecto, que consiste en la exfoliación — o separación en láminas — de la arcilla y preparación de la suspensión, la haremos nosotros. El resto del proceso será tercerizado. Ya tenemos un memorandum de entendimiento con un beneficiador de goma del interior de São Paulo”, afirma el dueño de Orbys, quien a su vez sostiene que prefiere no dar a conocer el nombre de la empresa porque el contrato todavía no ha sido firmado. Se estima que la producción inicial del producto en 25 toneladas mensuales. Por más que todavía no haya sido sellado ningún contrato de provisión, los planes para el futuro son audaces. “En 2014 esperamos llegar a la marca de 1.800 toneladas por año, lo que representará una facturación de más de 25 millones de reales”, afirma Figueiredo, quien, antes de armar Orbys, trabajó durante dos décadas en el área de telecomunicaciones, en la industria petrolera, en la de defensa y en la exportación de commodities agrícolas.

Los proyectos
1. Desarrollo de una nueva serie de nanocompósitos de polímeros sintéticos y arcillas tipo montmorilonita, con base en látices de goma nitrílica, nitrílica carboxilada y estireno-butadieno (nº 05/59845-3); Modalidad Programa Investigación Innovadora en la Pequeña y Micro Empresa (Pipe); Coordinador Arlete Tavares Almeida — Orbys; Inversión R$ 350.678,00 (FAPESP)
2. Desarrollo de aplicaciones para nanocompósitos polímero/arcilla y su proceso de producción en escala industrial; Modalidad Programa de Desarrollo de Recursos Humanos para Actividades Estratégicas en Apoyo a la Innovación Tecnológica (RHAE-Inovación); Coordinador Eduardo Figueiredo — Orbys; Inversión R$ 96.000,00 (CNPq)

Artículos científicos
VALADARES, L. F.; Linares, E. M.; Bragança, F. C.; Galembeck, F. Electrostatic Adhesion of Nanosized Particles: The Cohesive Role of Water. Journal of Physical Chemistry C. v.112, (23): 8534-8544. 2008.
BRAGANÇA, F.C.; Valadares, L.F.; Leite, C.A.P.; Galembeck, F. Counterion Effect on the Morphological and Mechanical Properties of Polymer-Clay Nanocomposites Prepared in an Aqueous Medium. Chemistry of Materials. v. 19, (13): 3334-3342. 2007.

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