Transformados plásticos alcançam maior desempenho com adição de grafeno

Postado em 03/08/2022 por Matheus Costa

José Ramón Sempere

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. Não faltam motivos que justifiquem o interesse das indústrias. A incorporação 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.

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

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.

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. 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 de grafeno, conforme a Imagem 3.

Dessa forma, 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.

Este artigo foi publicado pela revista Plástico Moderno – Julho/2022 – nº 566 – https://plastico.com.br/revistas/pm566/index.html

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