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Novos materiais

Resistentes e flexíveis

Nanotubos de carbono incorporados a cimento e polímeros resultam em produtos mais versáteis

CENTRO DE MICROSCOPIA UFMGNanotubos de parede múltiplaCENTRO DE MICROSCOPIA UFMG

Pesquisadores da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) desenvolveram um cimento nanoestruturado mais durável, que tem em sua composição 0,5% de nanotubo de carbono – uma estrutura cilíndrica formada por átomos de carbono cujo diâ­metro corresponde à bilionésima parte do metro. A pequena quantidade do dispositivo é suficiente para melhorar consideravelmente as propriedades mecânicas do material, como a resistência. O processo de incorporação dos nanotubos ao cimento foi desenvolvido pelo professor Luiz Orlando Ladeira, do Laboratório de Nanomateriais do Departamento de Física da universidade mineira, e resultou em uma patente internacional já concedida. “É um processo totalmente original de incorporação, que melhora as propriedades mecânicas do material e não encarece o produto final”, diz o professor Marcos Pimenta, do mesmo departamento,  coordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia (INCT) de Nanomateriais de Carbono e de um grupo de pesquisa dedicado ao desenvolvimento e produção desses materiais (ver mais sobre o assunto na edição 118 de Pesquisa FAPESP). A pesquisa é feita em colaboração com a Cauê Cimentos, empresa do grupo Camargo Corrêa.

Outro material inovador obtido por pesquisadores do Departamento de Química da universidade mineira, coordenados pela professora Glaura Goulart Silva, é um polímero flexível indicado para fabricação de tubulações usadas no processo de extração do petróleo. No caso foi usado o poliuretano – polímero tradicionalmente utilizado nesse tipo de tubulação – com a adição de 1% de nanotubo de carbono. “A adição torna o material mais resistente, o que permite o controle da flexão da tubulação”, relata Pimenta. Ainda nessa linha de materiais inovadores, o grupo incorporou nanotubos de carbono a epóxis, compostos usados como adesivos para melhorar a tenacidade e aumentar a temperatura de transição desse material. “A adição dos nanotubos permite trabalhar a temperaturas mais altas.” A ideia é usar o material compósito como cola para revestir tubulações que transportam petróleo no caso de desgaste ou rompimento do material original. Os dois projetos têm parceria com a Petrobras.

Nos laboratórios da UFMG os pesquisadores conseguem produzir alguns gramas de nanotubos por dia. Mas isso está prestes a mudar. “Queremos produzir alguns quilogramas por dia, o que resultaria em cerca de uma tonelada por ano”, diz Pimenta. Para atingir esse novo patamar eles pretendem instalar uma planta piloto de produção de nanotubos em escala pré-industrial no parque tecnológico de Belo Horizonte (BH-Tec), que pertence à prefeitura da capital mineira, ao estado de Minas e à UFMG. “Nós estamos em negociação avançada para construir um Centro de Tecnologia em Nanotubos (CTNanotubos)”, diz. “O nosso desejo é começar a construção no início de 2011.” A Secretaria de Ciência e Tecnologia de Minas Gerais já liberou R$ 500 mil para a etapa inicial do empreendimento, que inclui a elaboração do plano de negócios. Um dos objetivos desse plano, que está sendo feito por uma empresa especializada, é definir a estrutura jurídica do CTNanotubos, previsto para ser uma organização sem fins lucrativos. No total serão necessários R$ 30 milhões para a construção de um prédio modular de 3 mil metros quadrados, com uma planta para produção de nanotubos e laboratórios dedicados ao desenvolvimento de materiais, compra de equipamentos e contratação de cerca de 20 pessoas, entre pesquisadores, diretores e tecnólogos.

CENTRO DE MICROSCOPIA UFMGImagem em microscopia eletrônica de nanotubo de carbono e cimentoCENTRO DE MICROSCOPIA UFMG

Parcerias produtivas
Para viabilizar o CTNanotubos, os pesquisadores pretendem fazer parcerias. A ideia é que o centro produza dispositivos tanto para pesquisadores acadêmicos como para empresas. “Junto com a produção estamos focando também o desenvolvimento de novos materiais, a exemplo do cimento e dos polímeros com nanotubos de carbono”, diz Pimenta. Para essas duas aplicações, o reforço dos materiais é feito com o dispositivo de paredes múltiplas, em que várias folhas de carbono são enroladas na forma de tubo. Para outras é necessário o nanotubo de parede única, como em aplicações feitas em parceria com o Instituto de Ciências Biológicas da UFMG, em que os dispositivos são usados para transfecção gênica, método em que o RNA é inserido diretamente em uma célula, sem microrganismos intermediários. O nanotubo funciona como se fosse uma agulha muito fina. Um dos trabalhos está sendo feito em parceria com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agrope­cuária (Embrapa) de Juiz de Fora, para seleção de embriões bovinos.

Um grupo coordenado pelas pesquisadoras Clascídia Furtado e Adelina Santos, pertencente ao INCT Nanomateriais de Carbono, também está trabalhando no desenvolvimento de um material composto de epóxi e nanotubos para uso em diferentes partes de aeronaves, em colaboração com a Agência Aeroespacial Brasileira. Outro projeto, em parceria com a Magnesita, de Minas Gerais, tem como objetivo melhorar o desempenho de materiais refratários usados nos altos-fornos. As pesquisas seguem uma tendência mundial de incorporar esses nanotubos a vários tipos de produtos nas áreas de energia, eletrônica, medicina e indústrias química e petroquímica.

Todos os estudos que estão sendo feitos atualmente no laboratório da universidade mineira terão continuidade no Centro de Nanotubos, assim como outros que envolvem a questão da segurança no processo de produção, durante o uso e após o descarte. “Como os nanotubos de carbono se apresentam de maneiras distintas, parede única, paredes múltiplas, curto, comprido, agregados a outros dispositivos ou dispersos em água, é preciso saber quais os riscos e cuidados em cada uma dessas formas”, diz Pimenta. Para dar respostas científicas às questões de segurança, o grupo de pesquisa mineiro está desenvolvendo um protocolo de segurança adequado tanto para as pessoas como para o ambiente.

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