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Pesquisa produz plástico e acrílico com nanofibras de celulose

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Pesquisa produz plástico e acrílico com nanofibras de celulose

Inovação vai permitir ampliação do uso de polímeros comerciais – poliestireno e polimetacrilato – utilizados na indústria

Pesquisar novos materiais – mais resistentes, leves, baratos, sustentáveis ou com qualquer característica que os tornem mais convenientes para a indústria e consumidores. Isso é o que faz a engenharia de materiais. Uma pesquisa uniu duas das tecnologias mais férteis nessa área ao trabalhar com compostos em escala extremamente reduzida (nanométrica) e, ao mesmo tempo, biodegradável. A inovação vem da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) da USP, onde pesquisadores desenvolveram um método para produção de poliestireno (plástico) e polimetacrilato de metila (acrílico) utilizando fibras e nanofibras de celulose de eucalipto, bagaço de cana e outros vegetais.

O método pode ser utilizado para produzir materiais que, além de elevada resistência mecânica, têm baixo custo – já que as substâncias empregadas no processo são derivadas de fontes renováveis  (celulose).  Os poliestirenos e os acrílicos são largamente utilizados na construção civil, automobilística e em componentes eletrônicos. A Agência USP de Inovação já patenteou o produto.

Fibras de celulose

O Brasil é um dos líderes mundiais de produção de celulose e as inovações tecnológicas feitas a partir de derivados de fontes renováveis têm recebido atenção dos cientistas nos últimos anos. Segundo a Indústria Brasileira de Árvores (IBÁ), o País ocupa o quarto lugar no ranking dos produtores de celulose de todos os tipos e o primeiro produtor mundial de celulose de eucalipto. Dessa forma, as fibras de celulose vêm sendo estudadas como potencial material para substituição das fibras convencionais.

Devido à importância comercial do poliestireno (resina do grupo dos termoplásticos) e por ele ter origem em fontes finitas da natureza (petróleo), a substância foi o foco das pesquisas do Departamento de Engenharia de Materiais da EESC. Sob orientação do professor Antonio José Félix de Carvalho, pesquisadores adicionaram fibras e nanofibras de celulose no poliestireno para saber o que resultava dessa composição.

Embora a ideia fosse promissora, por se tratar de um produto biodegradável, e se soubesse que as propriedades mecânicas da celulose a tornam tão rígida quanto o próprio aço, a proposta não era tão simples assim. Segundo Carvalho, o problema residia em como dispersar as fibras nos termoplásticos de poliestireno e acrílico, uma vez que as fibras de polpas celulósicas ou nanofibras de celulose tendem a formar aglomerados, o que impedia a sua distribuição nas substâncias sintéticas da matriz principal (o poliestireno).”

Antonio José Félix de Carvalho: novos materiais podem ser empregados em vários setores da indústria automobilística, construção civil e de componentes eletrônicos. Foto: Arquivo pessoal

A celulose, por sua afinidade com água, não se misturava à resina (matriz sintética). Isso levava à separação entre os componentes no momento de prepararão do compósito final. “O problema era ainda maior quando a celulose era utilizada de forma seca, o que tornava praticamente impossível a manipulação dos materiais”, relata o pesquisador.

A solução consistiu no desenvolvimento de um novo método para a “preparação dos materiais compósitos baseado em um processo de coprecipitação (separação das substâncias sólidas do líquido)”. O objetivo era impedir a aglomeração e garantir uma boa dispersão das fibras na matriz polimérica para se obter no final um material homogêneo e com propriedades mecânicas superiores aos produtos convencionais já existentes no mercado.

Uma vez resolvida a questão que inviabilizava o emprego das fibras celulósicas, o trabalho de pesquisa resultou em um compósito com propriedades mecânicas bastante melhoradas, comparáveis a outros compósitos produzidos a partir de fibras sintéticas.

Compósitos
Os materiais compósitos estão presentes na natureza, no corpo humano ou em qualquer outro lugar. São produzidos a partir da junção de dois ou mais materiais distintos, que combinados resultam em um produto com propriedades de melhor qualidade do que os materiais de partida. A ciência inova criando compósitos sob medida para atender à demanda de fabricação de determinados produtos que substituem os materiais convencionais (aço, ferro, alumínio), que possuem aplicações limitadas. Os compósitos produzidos em laboratório possuem características singulares e mais satisfatórias: leveza, resistência mecânica e tolerância a mudanças de temperaturas e ao contato de compostos químicos e água.

Poliestireno e polimetacrilato de metila
O poliestireno é uma resina do grupo dos termoplásticos que tem como característica principal a flexibilidade sob a ação do calor. Não é biodegradável e demora cerca de 100 anos para se decompor na natureza. O material é produzido a partir de fibra de vidro ou de carbono. É matéria-prima para fabricação de diversos produtos: embalagens, copos descartáveis, eletrodomésticos, aparelhos eletrônicos, brinquedos, componentes e peças da indústria naval, automobilística e construção civil. O polimetacrilato de metila é um tipo de acrílico. É transparente, rígido e de fácil polimento. Substitui materiais como vidro, madeira e metais leves.

O professor Antonio José Felix de Carvalho orientou os seguintes trabalhos relacionados à produção de compósitos: Preparação de compósitos de Polpa celulósica de eucalipto e poliestireno e seu processamento por extrusão de autoria de Caique Casale e  Eliane Trovatti e Preparação de placas rígidas de polpa celulósica e de nanofibras de celulose com polímeros acrílicos, de Emanoele Maria Santos Chiromito. A patente recebeu o registro de número BR1020162954 do Instituto Nacional da Propriedade Industrial.

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