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Nuevos materiales

Resistentes y flexibles

Nanotubos de carbono incorporados en cemento y en polímeros resulta en productos más versátiles

CENTRO DE MICROSCOPIA UFMGInvestigadores de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) desarrollaron un cemento nanoestructurado más durable, que en su composición tiene un 0,5% de nanotubos de carbono, estructuras cilíndricas formadas por átomos de carbono cuyo diámetro corresponde a la milmillonésima parte de un metro. Una pequeña cantidad de estos dispositivos es suficiente para mejorar considerablemente las propiedades mecánicas del material, la resistencia por ejemplo. El proceso de incorporación de los nanotubos al cemento fue desarrollado por el profesor Luiz Orlando Ladeira, del Laboratorio de Nanomateriales del Departamento de Física de la citada universidad, y resultó en una patente internacional ya concedida. “Es un proceso totalmente original de incorporación, que mejora las propiedades mecánicas del material y no encarece el producto final”, dice el profesor Marcos Pimenta, del mismo departamento, coordinador del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (INCT) de Nanomateriales de Carbono y de un grupo de investigación abocado al desarrollo y la producción de estos  materiales (lea más sobre el tema en la edición 118 de Pesquisa FAPESP). La investigación se lleva a cabo en colaboración con Cauê Cimentos, una empresa del grupo Camargo Corrêa.

Otro material innovador obtenido por investigadores del Departamento de Química de la citada universidad de Minas Gerais, coordinados por la profesora Glaura Goulart Silva, es un polímero flexible recomendado para la fabricación de las tuberías usadas en el proceso de extracción del petróleo. En este caso, se usó un poliuretano – un polímero tradicionalmente utilizado en este tipo de tuberías – con la adición de un 1% de nanotubos de carbono. “Esta adición dota al material de una mayor resistencia, lo que permite el control de la flexión de la tubería”, informa Pimenta. También en esa línea de materiales innovadores, el grupo incorporó nanotubos de carbono a epoxis, compuestos usados como adhesivos para mejorar la tenacidad y aumentar la temperatura de transición de ese material. “La adición de nanotubos permite trabajar a temperaturas más altas”. La idea es usar el material compósito como pegamento para revestir las tuberías que transportan petróleo en caso de desgaste o rotura del material original. Ambos proyectos cuentan con la colaboración de Petrobras.

CENTRO DE MICROSCOPIA UFMGEn los laboratorios de la UFMG, los investigadores logran producir algunos gramos de nanotubos por día. Pero esto va a cambiar pronto. “Queremos producir algunos kilogramos por día, lo que resultaría en alrededor de una tonelada por año”, dice Pimenta. Para alcanzar este nuevo nivel de producción pretenden instalar una planta piloto de fabricación de nanotubos en escala preindustrial en el parque tecnológico de Belo Horizonte (BH-Tec), que pertenece a la municipalidad de la capital de Minas Gerais, al estado de Minas Gerais y a la UFMG. “Estamos en las tratativas avanzadas para construir un Centro de Tecnología de Nanotubos (CTNanotubos)”, dice. “Nuestro anhelo es dar inicio a la construcción a comienzos de 2011”. La Secretaría de Ciencia y Tecnología de Minas Gerais ha girado 500 mil reales para la etapa inicial del emprendimiento, que incluye la elaboración del plan de negocios. Uno de los objetivos de ese plan, a cargo de una empresa especializada, consiste en definir la estructura jurídica del CTNanotubos, prevista para ser una organización sin fines de lucro. En total serán necesarios 30 millones de reales en la construcción de un edificio modular de 3 mil metros cuadrados con una planta para producción de nanotubos y laboratorios dedicados al desarrollo de materiales, la compra de equipos y la contratación de alrededor de 20 personas, entre investigadores, directores y tecnólogos.

Asociaciones productivas
Para CTNanotubos sea factible, los investigadores pretenden establecer asociaciones. La idea es que el centro produzca dispositivos tanto para investigadores académicos como para empresas. “Junto a la producción, estamos abocándonos también al desarrollo de nuevos materiales, a ejemplo del cemento y de los polímeros con nanotubos de carbono”, dice Pimenta. Para esas dos aplicaciones, el refuerzo de los materiales se hace con el dispositivo de paredes múltiples, en el que varias hojas de carbono se enrollan en forma de tubo. Para otras, se hace necesario el nanotubo de pared única, como en las aplicaciones elaboradas en sociedad con el Instituto de Ciencias Biológicas de la UFMG. En este caso, los dispositivos se usan para la transfección génica, un método mediante el cual se inserta ARN directamente en una célula, sin microorganismos intermediarios.  El nanotubo funciona como si fuera una aguja muy fina. Uno de los trabajos se realiza en sociedad con la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) de la localidad de Juiz de Fora, y se destina a la selección de embriones bovinos.

Un grupo coordinado por las investigadoras Clascídia Furtado y Adelina Santos, perteneciente al INCT Nanomateriales de Carbono, también está trabajando en el desarrollo de un material compuesto de epoxi y nanotubos para su uso en diferentes partes de aeronaves, en colaboración con la Agencia Aeroespacial Brasileña. Otro proyecto, en sociedad con Magnesita, de Minas Gerais, tiene como objetivo mejorar el desempeño de materiales los refractarios usados en los altos hornos. Las investigaciones siguen una tendencia mundial de incorporar nanotubos a diversos tipos de productos en las áreas de energía, electrónica, medicina e industrias química y petroquímica.  Todos los estudios que se están realizando actualmente en el laboratorio de la universidad de Minas Gerais tendrán continuidad en el Centro de Nanotubos, como así también se harán otros, referentes a la cuestión de la seguridad del proceso de producción durante el uso y el posterior descarte. “Como los nanotubos de carbono se presentan de diferentes maneras: pared única, paredes múltiples, cortos, largos, agregados a otros dispositivos o dispersos en agua, precisamos saber qué riesgos y qué cuidados hay que tener en cuenta en cada una de esas formas”, dice Pimenta. Para dar respuestas científicas a las cuestiones de seguridad, el grupo de investigación está desarrollando un protocolo de seguridad adecuado, tanto para las personas como para el medio ambiente.

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