Novo material que se repara sozinho

“A preguiça move o mundo”: Essa frase clichê faz muito sentido na engenharia de materiais também. Imagine se simplesmente não precisássemos mais reparar nada? Pouparia muito do nosso tempo, não é mesmo? Por isso materiais autorreparáveis já são estudados há algum tempo, porém recentemente foi desenvolvido um novo material que promete melhores propriedades mecânicas!

O material chamado de SAC (compósito auto-adaptável, na tradução literal) foi desenvolvido na Rice University que fica no estado do Texas nos Estados Unidos, e é feito pela mistura de dois polímeros com um solvente que evapora quando aquecido, criando então uma massa porosa com pequenas esferas. Assim como uma esponja, esse material consegue voltar a sua forma original quando é aplicada uma pressão.

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Material autorreparável

Isso é possível porque nesses materiais existem pequenas esferas de fluoreto de polivinilideno (PVDF) que encapsulam a maior parte do líquido presente no compósito. Já o polímero viscoso dimetilpolisiloxano (PDMS) reveste a superfície inteira. Essas esferas são extremamente resilientes, ou seja, possuem grande capacidade de voltar a sua forma original após sofrerem deformação elástica.

O líquido interno faz com que aumente sua viscoelasticidade (capacidade de absorver energia e regressar ao estado inicial), enquanto o revestimento serve para manter todas as esferas unidas. Assim as esferas possuem a liberdade de se movimentar conforme for aplicada uma força externa de compressão, unindo-se novamente.

Diferente desse método desenvolvido pelos pesquisadores da Rice, as pesquisas anteriores utilizavam como mecanismo de autorreparo catalisadores na forma de pó e pequenas cápsulas com monômero líquido, que seriam rompidas durante o processo. Para saber mais sobre esse processo você pode ler nosso outro post sobre materiais autorreparáveis.

Por mais que possua material em forma líquida, o compósito não possui a consistência gelatinosa e nem dá a impressão que contém qualquer líquido, mas sim é parecida com um cubinho de açúcar. Essa foi uma das principais preocupações do projeto, porque desejava-se um material robusto mecanicamente e não macio como os géis e ainda que pudesse alterar as frações líquidas e sólidas do material para se obter diferentes comportamentos mecânicos para diferentes aplicações.

E como esse material é fabricado?

O processamento começa com a mistura dos polímeros em forma de pó e de um líquido viscoso. Com a adição de um solvente e com aumento da temperatura controlada, o PDMS estabiliza-se e formam as esferas. Além disso, é possível produzi-lo em diferentes tamanhos, pois é limitado somente pelo tamanho do molde, sendo possível uma produção em escala.

No post abaixo dois pesquisadores falam um pouco mais sobre o material e mostram como o material funciona na prática.

 

Uma aplicação bem importante desses materiais é na confecção de asfaltos, que já vimos aqui!

Fonte:

Rice University

 

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O biodegradável pode não ser tão sustentável assim

Os materiais biodegradáveis são aqueles que se decompõem mais rapidamente na natureza e por consequência disso geram um menor impacto ambiental, pois evitam a contaminação do solo e dos rios, por exemplo. Como sustentabilidade hoje é um assunto muito recorrente, a produção e pesquisas relacionadas com esses materiais se tornou mais frequente nos últimos anos. Uma aplicação desses materiais é no reforço por fibras de materiais compósitos com matriz polimérica.

É comum a utilização de fibras em materiais compósitos para melhorar algumas propriedades do material. Nesse caso pode ser tanto utilizado fibras sintéticas como fibras orgânicas, por exemplo fibras de celulose em nanoescala (NFC). Numa pesquisa realizada nos institutos Imperial College London e na University College London foram feitas comparações entre as NFC e os seguintes tipos de materiais: Resina epóxi reforçada com fibras de celulose bacteriana ou derivada de fibras de madeira (BC), fibras de vidro com polipropileno(GF/PP) e o polímero biodegradável poliácido lático (PLA).

Os testes com as fibras de nanocelulose mostraram que o material possui uma boa performance, além de possuir uma menor toxicidade e menor densidade do que as fibras de vidro. Como é um material biodegradável e natural era de se esperar que o seu impacto ambiental fosse muito menor do que os compósitos feitos com materiais sintéticos. Porém não foi esse o final da história, pelo contrário!

Os pesquisadores consideraram cada estágio da produção desses materiais, desde a extração da matéria prima até a manufatura do produto final e descobriram algo surpreendente: os compósitos com materiais biodegradáveis podem não ser tão eco-friendly assim. Na verdade, em comparação com o PLA e com o GF/PP, eles são mais poluentes.

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Gráfico Potencial de Aquecimento Global considerando processos envolvidos na produção dos materiais PL

Um dos principais fatores que fazem o compósito de epóxi reforçado com fibras de nanocelulose é o processo de infusão de resina a vácuo, pois os consumíveis do processo não são eco friendly. Já o BC não é tão sustentável devido a produção de glicose necessária para o cultivo bacteriano e também devido a limpeza e purificação que devem ser realizadas após o cultivo.

Porém se considerarmos o ciclo de vida completo da peça, até o seu descarte, esse quadro começa a mudar e se torna viável a utilização de fibras de nanocelulose do ponto de vista ambiental, principalmente se utilizada em grande quantidade. Uma aplicação onde esse material poderia ser utilizado é em partes de automóveis, porque quanto menor o peso dos seus componentes, menor será o consumo de combustível.

Essa pesquisa realizada por Kong-Yang Lee nos leva a refletir que nada adianta criarmos um material biodegradável, que não agride o meio ambiente quando descartado, e simplesmente ignorar os problemas ambientais que o processo desse material pode gerar. É muito importante conseguirmos gerar um processo sustentável desde a extração da matéria-prima até o descarte do produto final.

Texto baseado em:

Life cycle assessment of nanocellulose-reinforced advanced fibre composites.

Materials Today – How green are cellulose-reinforced composites?

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