Novas combinações – A Pepasa também produz plásticos carregados com combinações de fibras e de cargas. Esse tipo de abordagem ainda não é muito comum no mercado, mas há aplicações em que os benefícios de um reforço de 30% de fibra de carbono são equivalentes aos de 10% de fibra de carbono combinados com 30% de fibra de vidro, porém a um custo menor.
Confrontado com a ideia de que há pouca inovação no Brasil, Ricardo Aurélio da Costa, assessor técnico da Itatex, diz que a assertiva parte da suposição de que os minerais não podem ser modificados ou “imitados” por produtos sintéticos. “O mercado internacional é bastante inovador nesse sentido”, afirma. É possível pesquisar minerais com características mais adequadas para essas modificações, e um exemplo é o projeto das argilas organofílicas, desenvolvido com sucesso pela empresa de Campinas.
A Itatex parte de uma argila conhecida como bentonita, com ocorrência comum e existente em quantidades razoáveis no Brasil, embora o país não esteja entre os maiores produtores mundiais. A empresa conseguiu realizar a inserção de um material orgânico na argila e produzir um híbrido com propriedades comuns a substâncias orgânicas e minerais. Essa modificação química na estrutura do mineral possibilita a produção de nanopartículas de argila na etapa de extrusão do composto plástico, onde ocorre sua incorporação à resina e a esfoliação da argila (a separação das lamelas).
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Mas essa não é a única possibilidade de modificação, pois, por via sintética, também é possível combinar dois materiais produzindo uma terceira estrutura química diferente. O assessor técnico da Itatex cita o exemplo da hidrocalcita (hidróxi carbonato de alumínio e magnésio hidratado), produzida pela combinação de outros minerais. A visão de que há pouca chance de inovação, na opinião de Costa, talvez seja um pouco estreita, em comparação às possibilidades de combinação para a obtenção de híbridos minerais, tanto pela reação química entre dois minerais quanto pela reação de minerais com compostos orgânicos. Vale lembrar que a reação de dois minerais pode levar tanto a produtos sem ocorrência natural, quanto a produtos que mimetizam algum material natural cujo domínio das propriedades de interesse é deficiente, ou não existe. “Há pessoas trabalhando no país que compreendem as propriedades dos materiais avançados, realizam sínteses em escala de laboratório e publicam muitos trabalhos acadêmicos na área”, diz Costa. |
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Mas, às vezes, o mercado não acompanha essa evolução acadêmica de um ponto de vista industrial – sem o objetivo de um produto final. “Nos Estados Unidos, há publicações sobre argilas modificadas com substâncias orgânicas da década de 40. Nós estamos atrasados, e se não acompanhamos a literatura e o mercado de exportação, acabamos achando que as cargas são as mesmas de sempre”, opina. A dependência nacional no segmento é tão grande que, até o momento em que a Itatex decidiu investir na produção de organoargilas, não havia uma empresa nacional apta a fornecer o material.
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Inicialmente, a produtora de especialidades minerais lançará três tipos de argilas organomodificadas. Elas atenderão ao mercado de poliolefinas, de uma forma geral, mas é uma questão de tempo para que a empresa lance argilas compatíveis com outros plásticos, talvez PET e PA, pois, depois de domada a técnica de síntese, a combinação de materiais diferentes, compatíveis com outras resinas, é uma consequência quase natural. As rotas de síntese dessas argilas são muito diversificadas, mas não é qualquer um dos minerais que se adapta como matéria-prima para o processo. O mérito da Itatex foi desenvolver uma rota química diferente das atuais do mercado, além de mais curta. Na etapa de adaptação da descoberta à escala industrial, um dos problemas encontrados se relacionou com a alta agregação das partículas do mineral, que é |
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de difícil reversão se o processo não for bem controlado. “Para quem trabalha com nanopartículas, a agregação e a aglomeração são sempre dois aspectos presentes”, explica Costa.
Em outros segmentos além de plásticos, como na área de cerâmica, são produzidas nanoargilas por processos como o de sol-gel, em que as partículas já nascem com dimensões nanométricas. Esse processo – de misturar a nanopartícula pronta com a resina – não é o mais comum na área de plásticos, mas sim o de produção da nanopartícula por esfoliação. O processo por sol-gel é muito mais caro que o processo utilizado pela Itatex, e não se ajusta a produtos finais de baixo valor agregado.
As argilas precisam ser modificadas porque os processos mecânicos não têm energia suficiente para delaminar o material até a escala nanométrica. Mas a inserção de compostos orgânicos entre essas lamelas unidas eletrostaticamente provoca a chamada expansão basal, ou o distanciamento das lamelas, tornando-as mais suscetíveis à esfoliação por processos mecânicos, como o cisalhamento ou a micronização.
Entram em jogo os sais – Os compostos orgânicos mais comuns para essa finalidade são os sais quaternários de amônio, disponíveis no Brasil por conta do grande consumo em segmentos da economia que o assessor técnico prefere não revelar. Mas, de maneira genérica, os sais quaternários de amônio são utilizados na formulação de desinfetantes, surfactantes, amaciantes de tecidos, agentes antiestáticos e antimicrobiais. Do ponto de vista da compatibilidade entre a organoargila e o plástico, a propriedade com mais influência na definição do composto orgânico a ser utilizado é a sua polaridade. Essa compatibilização entre resina e argila é importante, pois, em algumas aplicações, é do sinergismo entre a argila e outros componentes do plástico, como os aditivos, que surge o diferencial do produto. No caso de retardantes de chamas, como hidróxido de magnésio e alumínio, é dessa interação que resultam as melhores propriedades de comportamento ao fogo. Quando em um plástico antichamas se utiliza apenas hidróxido de magnésio ou de alumínio, as concentrações mínimas do aditivo giram em torno de 60% em massa. Os trabalhos da literatura mostram, entretanto, que a utilização de organoargilas em combinação com esses retardantes de chamas permite reduzir esse teor, que é excessivo para materiais plásticos e costuma prejudicar suas propriedades físicas. Adicionalmente, o uso da carga de organoargila tem um efeito de redução do gotejamento do plástico submetido à chama, denominado anti-dripping. Nos trabalhos conhecidos por Costa, são reportadas reduções do teor de retardante para 50% em massa, combinado com o uso de 1% de organoargila, para certificação UL V0. É uma troca de 10% do antichama por 1% da organoargila, possível pelo aumento enorme de área superficial decorrente da esfoliação. A presença da organoargila, além disso, e por uma razão ainda não muito bem conhecida, produz maior quantidade de resíduo carbonizado durante a queima. Esse resíduo, é sabido, atrasa a combustão. Os sais quaternários de amônio também provocam um efeito de lubrificação, de modo que, em algumas aplicações de injeção, eles funcionam como desmoldantes, a ponto de até dispensarem, em certos casos, a necessidade por silicone, aplicado nas paredes do molde para facilitar a retirada da peça.
A reação entre o sal quaternário de amônio e o mineral é uma reação de troca iônica, portanto o processo de fabricação da argila não é como um simples revestimento das partículas. O sal quaternário não fica apenas adsorvido na superfície do mineral, mas ligado quimicamente à superfície interna do material. Os íons de cargas mais baixas, até +2, são trocados preferencialmente, e como as trocas influenciam nas características do produto final, uma das propriedades importantes a ser determinada é a composição da argila, para que se conheça a incidência dos cátions metálicos mais relevantes para a reação de troca iônica.
A incorporação da argila ao plástico se dá por processos convencionais de extrusão com dupla-rosca e, em alguns casos, até com rosca única, ou processos de injeção. A eficiência da esfoliação está ligada à taxa de cisalhamento intrínseca de cada tipo de máquina. O desafio é descobrir as condições de processo que levam ao ponto ótimo da esfoliação.
Para o uso dessas organoargilas, é preciso a quebra do conceito de que quanto maior a quantidade de material particulado, melhores serão as propriedades, porque a organoargila tem uma quantidade ótima, acima da qual o incremento do teor em massa não provoca mais benefícios. O formulador, porém, costuma ter a ideia de que aumentar o teor eleva as propriedades, até um ponto em que elas começam a piorar. A vantagem da organoargila está justamente no fato de que é possível obter propriedades até equivalentes utilizando-se um teor menor de carga. O pensamento comum, segundo Costa, de que a adição de carga provoca a redução de tenacidade do material, prejudicando a resistência ao impacto, também não se aplica às organoargilas, que, em certos teores, melhoram a tenacidade do produto final. Esses fatos exigem do formulador que queira usufruir da organoargila maior conhecimento. Em alguns termoplásticos, a temperatura de deflexão térmica (HDT, em inglês) pode aumentar em até 40ºC, um valor muito significativo do ponto de vista técnico. O módulo de elasticidade do produto final, bem como a barreira a gases, de uma forma geral, também são influenciados positivamente, e o índice de fluidez costuma se alterar, tanto para cima quanto para baixo. Argilas altamente esfoliadas podem, ainda, levar a peças com menor contração, mesmo contendo cadeias muito orientadas.
Os mercados de embalagens e os de plásticos antichamas não halogenados (principalmente para fios e cabos e aplicações eletrônicas) poderão ser consumidores importantes da organoargila. As petroquímicas nacionais, que têm investido em produtos nanotecnológicos, também poderiam se interessar pelo produto, que talvez tenha custo mais atrativo que as organoargilas importadas. Mas o sucesso do produto dependerá da superação da barreira de conhecimento, relacionada com a utilização de um novo material. Para quem topar a mudança, a principal alteração está relacionada com as condições de processo, em particular, a taxa de cisalhamento (ligada à velocidade de rotação da rosca) adequada. Ao contrário do que a intuição pode sugerir, nem sempre as velocidades serão aumentadas, pois nos casos de resinas muito carregadas, o próprio teor elevado de cargas contribui para tornar a esfoliação mais fácil. As argilas utilizadas para modificar plásticos são pouco abrasivas, e não demandam tratamento especial das roscas e do canhão. A mudança do perfil da rosca, no entanto, pode ser necessária para produzir resultados melhores.
Outra família de produtos que pode chegar ao mercado pelas mãos da Itatex é um mineral mimetizador sintético e também híbrido, contendo substâncias orgânicas, mas sobre o qual Costa diz apenas que há estudos em desenvolvimento.