Compósitos com matriz metálica (MMC)

Os MMCs, sigla para Metal Matrix Composites, no português compósitos com matriz metálica, geralmente são produzidos com um metal de baixa densidade, como alumínio e magnésio, reforçado com partículas ou fibras cerâmicas. Em comparação com um material sem reforço possui maior resistência e dureza, além de suportar maiores temperaturas de trabalho e possuir maior resistência ao desgaste.

con-rods1
Biela feita de compósito metálico

Continue reading Compósitos com matriz metálica (MMC)

Compartilhar Matéria:

A madeira transparente

Pense rapidamente em 5 locais ou estruturas onde a madeira pode ser utilizada.

emoticon-pensando-8727821

Pensou?

Algumas ideias comuns são usar madeira para construir uma casa, fazer uma escultura, um estilingue, escadas, brinquedos, lápis ou diversas outras coisas.. Mas fazer células fotovoltaicas, janelas ou qualquer outra coisa transparente? Isso provavelmente é algo inimaginável para você, assim como era pra mim antes desse post. Continue reading A madeira transparente

Compartilhar Matéria:

Materiais para odontologia

Sempre ouvimos por aí que o mercúrio é um metal tóxico. A maioria das mães já deve ter dito para não deixarmos o termômetro cair no chão, e se ele quebrar, para não tocarmos no mercúrio que vazou. Por que então são utilizadas ligas de mercúrio para o reparo de dentes se é de conhecimento popular que ele é tóxico a nós seres humanos? Apesar de hoje essas ligas, chamadas de amálgamas, serem menos comuns na reparação dentária devido ao desenvolvimento de resinas cerâmicas com melhor acabamento estético, é comum ainda encontrarmos muitas pessoas que possuam essas obturações em seus dentes.

As amálgamas são utilizadas por possuírem uma combinação de características favoráveis: são duráveis, suportam bem as pressões oriundas da mastigação, seu preço é acessível e são fáceis de colocar, uma vez que normalmente são líquidas ou pastosas à temperatura ambiente, de forma que preencham muito bem todas as cavidades e contornos dentários. Além de dar essa consistência mais líquida à liga, o mercúrio é importantíssimo na obtenção de um material duro e estável, uma vez que é responsável por ligar quimicamente metais como prata, cobre e estanho, para formar as amálgamas. A vantagem é que quando misturado a estes outros elementos, o mercúrio torna-se uma substância inativa, sendo muito menos nocivo ao corpo humano. Ainda assim, há uma liberação em pequena quantidade do mercúrio das obturações para o interior de nosso corpo. No entanto, essa liberação não é considerada perigosa, visto que o mercúrio é um elemento já presente em certa quantidade em nossa água, comida e ar, de forma que a pequena quantidade liberada pelas amálgamas não é tão significativa perto do contato diário que possuímos com o metal.

Uma outra alternativa metálica é o uso de ligas a base de ouro. O ouro é o metal mais biocompatível que existe e já são conhecidos relatos de muito tempo atrás sobre pessoas que possuíam dentes de ouro.  Além disso, o ouro tem coeficiente de expansão térmica muito próxima à do dente, expandindo e contraindo de forma semelhante a este e, assim, evitando tensões em excesso no dente restaurado. Devido a tudo isso, o material sempre foi considerado muito seguro. No entanto, o ouro puro é muito dúctil (e caro) para fazer restaurações dentárias, precisando de alguns elementos de liga para obter melhores propriedades, como por exemplo a prata e o irídio, que aumentam a resistência da liga, o cobre e o paládio, que modificam sua coloração, e a platina, que, assim como o ouro, é resistente a manchas e tem poucas chances de desencadear uma reação imunológica. No entanto, a adição desses elementos de liga faz com que o ouro não seja mais completamente inerte e biocompatível. Relatos na literatura mostram que alguns elementos liberados das ligas de ouro apresentam efeito citotóxico in vitro.  Os estudos concluíram que ouro, paládio e platina não apresentam efeito citotóxico, cromo, cobre e prata mostraram-se tóxicos e níquel, zinco e cobalto foram classificados como muito tóxicos. No entanto, esses estudos são recentes e ainda não se sabe com clareza sua relevância clínica. Serão necessários mais estudos in vitro e mais ensaios clínicos controlados para uma melhor avaliação das ligas.

Para quem não se sente confortável com as opções metálicas, há outros materiais que podem ser utilizados e que conferem uma melhor qualidade estética.

A primeira opção são os compósitos à base de polímeros. Eles não são tão duradouros como as amálgamas e ligas de ouro e não podem ser utilizados em casos em que a perda dentária é muito grande, no entanto em preenchimentos menores são uma excelente opção e conferem uma boa estética. Os compósitos são feitos a partir de uma resina polimérica e uma carga de partículas vítreas, misturadas e ajustadas até se assemelharem à coloração original do dente. A matriz polimérica é responsável por conferir estabilidade e não dissolubilidade em água. Já as particulas vítreas, normalmente quartzo, borossilicato, ou vidro a base de bário, aumentam a resistência do polímero, previnem a absorção de água e amenizam expansões ou retrações. Ao final, é realizado um tratamento de superfície para unir efetivamente o polímero e a carga vítrea. Há na literatura diversas combinações de polímeros, cargas, catalisadores, aceleradores, etc, que conseguem formar bons compósitos com essa função odontológica. Devido aos avanços recentes, esses materiais são cada vez mais populares e confiáveis, conferindo bastante segurança na junção entre material e dente.

amalgama vs composito

Comparativo entre obturações de amálgama (acima) e de compósito (abaixo), mostrando o melhor aspecto estético da última.

Por fim, para finalizar o assunto de hoje, será abordada mais uma opção não metálica: as porcelanas. Esses materiais cerâmicos são os que fornecem o melhor acabamento estético dentre as opções abordadas. Normalmente são de um tipo de porcelana feita de óxido de silício com percentuais variados de zircônia e alumina, conferindo a cor apropriada ao material. A propósito, uma característica interessante no que diz respeito à coloração é que o material não tem sua cor alterada com o uso, mantém sempre a cor original. Isso não acontece para muitos dos outros materiais desenvolvidos para adquirir um aspecto semelhante ao de um dente.

Como podemos ver, há ainda muitos desafios na área odontológica. Nesse caso, vemos a importância do trabalho em equipe e dos grupos interdisciplinares, onde um maior progresso pode ser obtido através da parceria entre áreas como odontologia e engenharia de materiais.

Fontes:

Biocompatibility Testing & Dental Toxicity;

J. B. Schilling Dentistry: Materials;

ELSHAHAWY, W.; WATANABE, I. Biocompatibility of dental alloys used in dental fixed prosthodontics. Tanta Dental Journal, v. 11, n. 2, p. 150-159, 2014.

Compartilhar Matéria:

O que afinal faz um engenheiro de materiais?

O primeiro desafio de um estudante de engenharia de materiais é explicar para o mundo o que ele faz. Essa tarefa não é nada fácil, considerando que apenas todas as coisas do mundo são feitas de materiais, então imagine o quão amplo é este campo de trabalho. Definir engenharia de materiais é parecido com tentar definir energia, não existe uma resposta pronta. Apesar disso, nosso objetivo hoje é definir o que é essa ciência e ajudá-lo a explicar para aquele tio ou tia que sempre pergunta nas festas de família! Continue reading O que afinal faz um engenheiro de materiais?

Compartilhar Matéria:

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.

0111_ADAPT-1-rn-310x348-27piyvg

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

 

Compartilhar Matéria:

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.

Captura de Tela 2016-02-08 às 08.57.25

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?

Compartilhar Matéria: