Make it real: Grafeno na Indústria dos Polímeros – Artigo técnico

A revolução do grafeno já começou! Se anteriormente o grafeno era considerado apenas um material “promissor”, atualmente o seu emprego em diversos setores econômicos é uma realidade.

Conhecido como um material multifuncional, o grafeno tem propriedades extraordinárias: ele apresenta altíssima condutividade térmica e elétrica, transparência, permeabilidade a gases e módulo elástico de 1 TPa.

Dentre as possíveis aplicações do grafeno, destaca-se o desenvolvimento de polímeros de alto desempenho.

Por ser um nanomaterial bidimensional (em que uma das suas dimensões se encontra na escala nanométrica), a adição de quantidades abaixo de 0,5% em massa de grafeno pode conferir ao polímero incrementos relevantes em suas propriedades, como o aumento na sua resistência mecânica e térmica, propriedades de barreira, resistência à UV e tudo isso com o mesmo volume, ou menor, de resina no produto final.

No entanto, o aproveitamento dos inúmeros benefícios do grafeno é extremamente desafiador.

A singularidade do grafeno, como dimensão em escala nanométrica com uma elevadíssima razão de aspecto, poderia ser o principal fator para a sinergia de propriedades entre grafeno e os polímeros.

Make it real: Grafeno na Indústria dos Polímeros - Artigo técnico ©QD Foto: Divulgação Gerdau

Contudo, muitas vezes a teoria não acompanha a prática. Devido à natureza de sua estrutura, formada por átomos de carbono fortemente ligados numa rede hexagonal com hibridização do tipo sp2, o grafeno é inerte à maioria dos materiais.

Além disso, por apresentar uma elevadíssima área superficial, termodinamicamente o grafeno tende a se aglomerar.

Diante disso, a dispersão do grafeno e a sua homogeneidade nos mais diversos tipos de matrizes torna-se o principal desafio para a obtenção de nanocompósitos poliméricos com alto desempenho.

O desafio está na criação de estratégias para cada aplicação, de dispersar o grafeno e desenvolver métodos, amigáveis a indústria, para incorporá-lo aos polímeros.

Dentre as diversas estratégias presentes hoje no mercado, se destaca a customização do grafeno, seja por uma rota de funcionalização não-covalente ou covalente, e a adequada escolha do processo de dispersão para promover uma ótima integração do grafeno na matriz desejada.

Esta interação matriz/grafeno possibilita elevada homogeneização e dispersão, as quais impactam fortemente nas propriedades finais dos materiais.

Make it real: Grafeno na Indústria dos Polímeros - Artigo técnico ©QD Foto: Divulgação Gerdau

Porém, vale lembrar que o “grafeno” não é um único material, mas sim uma família de materiais.

Existem diversos tipos de “grafeno”, produzidos por métodos distintos e a partir de diferentes fontes de carbono.

Cada material é classificado pelo seu número de camadas, tamanho lateral e nível de oxidação, e a seleção do tipo de grafeno adequado é outro ponto crítico para possibilitar alta performance na sua aplicação final.

Em 2021, a Gerdau lançou uma spin-off, a Gerdau Graphene, focada no desenvolvimento de novas tecnologias utilizando soluções com nanomateriais de carbono, como o grafeno.

A empresa tem como core business o desenvolvimento, produção e venda de aditivos químicos, minerais e masterbatches que tenham o grafeno embarcado como proposta de valor e diferenciação.

De todos os mercados em que atua, a Gerdau Graphene destaca o de polímeros como o que apresenta o maior mercado endereçável para o uso de grafeno no Brasil e em toda a região das Américas.

A proposta da Gerdau Graphene é trazer soluções plug & play que não necessite de ajustes de processo ou investimentos por parte da indústria ou do cliente para se incorporar o aditivo com grafeno.

Hoje, a empresa já comercializa dois masterbatches com grafeno para poliolefinas (polietileno-PE e polipropileno-PP).

O primeiro produto é direcionado ao mercado de filmes flexíveis. Testes industriais demonstraram que a inserção de apenas 1% (em massa) de masterbatch em formulações de PE resulta em um acréscimo de propriedades mecânicas como resistência a tração e módulo de Young, estabilidade dimensional aos filmes produzidos e um aumento de produtividade total na formação do filme, sem alterar as suas condições de processo.

Também foi possível produzir filmes com redução de espessura, mantendo ou ainda, em muitos casos, melhorando as propriedades requisitadas ao produto.

Estes são os primeiros produtos, de uma linha de masterbatches com grafeno que será lançada no mercado. O que torna a Gerdau Graphene a primeira indústria nacional produtora de masterbatches poliméricos com grafeno em escala industrial.

O autor

Make it real: Grafeno na Indústria dos Polímeros - Artigo técnico ©QD Foto: Divulgação GerdauAlexandre Corrêa é o diretor geral da Gerdau Graphene, uma empresa do grupo da Gerdau S. A., tem uma formação com experiência em funções comerciais e operacionais em grandes e pequenas empresas, nacionais e multinacionais.

Em sua posição anterior, na Suzano, também uma frente de intraempreendedorismo, foi responsável pela unidade de negócios Fluff entre 2015 e 2020, trazendo uma nova fibra de celulose de eucalipto ao mercado global e promovendo o comissionamento de sua primeira fábrica no Brasil.

Anteriormente, atuou como COO da Lacoste no país e teve uma carreira de 8 anos na Unilever.

Corrêa é formado em Engenharia Elétrica pela Poli-USP e especialista em Finanças pela FEA-USP. Possui MBA pela Fundação Dom Cabral, com módulo de especialização na Cheung Kong Graduate School of Business (CKGSB, da China).

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