Adição de grafeno oferece maior desempenho

Artigo Técnico: Transformados plásticos alcançam maior desempenho com adição de grafeno

O mercado de plásticos vem enfrentando pressões cada vez maiores, principalmente quanto à sustentabilidade. Com regulação limitando os plásticos descartáveis até em algumas cidades no Brasil, as indústrias estão em busca de versões de maior qualidade e durabilidade, que diminuem a geração de resíduos. Além disso, o plástico também é insumo para aplicações em mercados de crescimento e evolução exponencial, como os de eletrônicos, automotivos e construção civil.

Crescem, então, as exigências por soluções que ofereçam melhor desempenho mecânico e térmico. Uma das soluções que ganhou a atenção do mercado brasileiro foi o grafeno.

Interesse na adição do grafeno

Não faltam motivos que justifiquem o interesse das indústrias. A adição do grafeno como aditivo composto em borrachas, resinas e plásticos agrega propriedades excepcionais, capazes de gerar materiais válidos para aplicações que antes não eram possíveis.

O grafeno é um material muito versátil que não só oferece aplicações em condutividade elétrica ou térmica, mas também é capaz de melhorar as propriedades mecânicas e de barreira dos polímeros.

Em comparação com outras opções adotadas até agora, destacam-se algumas propriedades ímpares deste aditivo, como:

  • Resistência 200 vezes maior que materiais utilizados em construção civil, como o aço;
  • Deslocamento de elétrons próximo à velocidade da luz, devido à estrutura hexagonal das ligações de carbono e suas finas camadas;
  • Condutividade térmica 10 vezes superior à do cobre. É capaz de dissipar calor mais rápido que qualquer outro material no mercado.

Para entender como um produto consegue resultados tão acima das demais opções disponíveis, é importante entender sua origem.

O grafeno é composto principalmente de átomos de carbono (C), mas também pode haver a presença de diferentes tipos de heteroátomos. É um material disposto na forma de hexágonos em uma monocamada.

A aplicação e a funcionalidade dependem de cada grau de grafeno, sendo determinadas por suas principais características: conteúdo de oxigênio; número médio de camadas; tamanho lateral; espessura média e massa.

Quanto ao conteúdo de oxigênio, os grafenos oxidados e parcialmente oxidados (Imagem 1) com alto teor de oxigênio, não são recomendados para a obtenção de condutividade elétrica ou térmica.

Imagem 1 – Categorias de grafeno em relação ao seu conteúdo de oxigênio

Quanto ao número de camadas, os diferentes materiais grafênicos de até 10 camadas, chamados de grafenos nanoplateletes, ainda possuem boa condutividade elétrica e térmica.

Eles podem ser utilizados em diferentes mercados, inclusive o de plásticos, como uma opção economicamente mais viável do que o grafeno de monocamadas.

Já em relação ao tamanho lateral, quanto maior seu tamanho, mais fácil é o alcance da rede de percolação e, consequentemente, o aparecimento de condutividade.

Isso se dá porque é necessário que os diferentes planos do material grafênico estejam conectados entre si para ampliação da condutividade.

Além da já citada condutividade elétrica próxima à velocidade da luz, o grafeno pode oferecer ainda benefícios técnicos bastante diversos, como maior dissipação de calor – no plástico, por exemplo, em até 20 vezes.

Por isso, é muito eficaz como retardante de chamas.

Adição de grafeno oferece maior desempenho ©QD Foto: divulgação

 

Imagem 2 – Módulo de Tração

Como retardante de chama sinérgico, o grafeno forma uma camada carbonácea que ajuda a dissipar o calor e evita o gotejamento, que por sua vez melhora a classificação da resistência ao fogo ou diminui a quantidade aplicada de retardante de chama primário.

Especialmente interessante para o mercado de cabos, peças automotivas e computadores, o grafeno atua como um agente de nucleação e proporciona melhoria das propriedades mecânicas em baixas dosagens, sendo capaz de aumentar tanto a rigidez quanto a flexibilidade dos materiais.

Testes da Avanzare, um dos principais membros do “Graphene Flagship para pesquisa, inovação e colaboração”, evidenciam que adições de grafeno de apenas 0,05% a 1% melhoram as propriedades mecânicas dos plásticos.

Em alguns materiais como as poliamidas, melhorias de 30% a 40% no módulo de tração são alcançadas, apresentando maior rigidez (Imagem 2). O módulo de flexão também melhora com a adição do grafeno, conforme a Imagem 3.

 ©QD Foto: divulgação

 

Imagem 3 – Módulo de Flexão melhor com adição de grafeno

Dessa forma, a adição de uma pequena quantidade de grafeno pode melhorar as propriedades mecânicas de plásticos e revestimentos.

É um insumo que pode ajudar na redução do consumo de energia em construções e edifícios.

A Avanzare oferece os diferentes graus de grafeno tanto em pó quanto em soluções adaptadas aos clientes na forma de dispersões e masterbatches, que se adequam a diferentes processos e limitam a geração de poeira.

 ©QD Foto: divulgação

José Ramón Sempere Tortosa ©QD Foto: divulgação
José Ramón Sempere Tortosa

O AUTOR

José Ramón Sempere Tortosa é químico, com experiência profissional de 15 anos com borrachas, PU e termoplásticos, principalmente no setor de calçados.

Atualmente, é gerente de produto para a América Latina da Avanzare, líder europeia na produção de materiais 2D avançados, como o grafeno, empresa na qual ingressou em 2019.

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