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Pesquisa desenvolvida na EESC-USP recebe prêmio no Congresso Brasileiro de Cerâmica

Publicado em 06 junho 2014

Escolhido entre cerca de setecentos trabalhos inscritos no 58º Congresso Brasileiro de Cerâmica, realizado entre os dias 19 e 21 de maio, em Bento Gonçalves, RS, o artigo "Macroestruturas com Porosidade Hierarquizada Produzidas a Partir de Fibras Contínuas de Óxido de Alumínio, Hidróxido de Alumínio e Quitosana" do professor Rafael Salomão, do Departamento de Engenharia de Materiais (SMM) da Escola de Engenharia de São Carlos da USP (EESC-USP), foi premiado como o Melhor Trabalho apresentado no evento.

A pesquisa descreve a preparação de um novo tipo de estrutura porosa obtida a partir da combinação do biopolímero quitosana com matérias-primas cerâmicas. O trabalho foi desenvolvido no grupo de pesquisa Soluções Integradas em Manufatura e Materiais Cerâmicos (SIMMaC) com alunos de pós-graduação e contou com apoio da FAPESP e CNPq.

Muito usadas na indústria siderúrgica no processo de fundição do aço, as estruturas cerâmicas porosas obtidas após tratamento térmico a 1500ºC possuem elevada resistência mecânica e funcionalidade para aplicação em diversas áreas, como isolamento térmico, microfiltração em altas temperaturas e catálise e crescimento de tecidos biológicos.

Atualmente o material é utilizado no interior das peças industriais com uma camada densa na função de refratário, a fim de suportar a carga mecânica no processo do derretimento do aço, e outra na função de isolante, a qual retém o calor por meio do ar presente dentro dos poros.

A forma de aplicação como isolante térmico no revestimento de equipamentos utiliza uma manta proveniente de fibras cerâmicas de óxido de alumínio que, apesar de ser eficiente, apresenta altos custos e prejuízos à saúde. A espessura de tais fibras é semelhante a um fio de cabelo e, se inaladas ou absorvidas através de contato, podem causar alergias na pele e ferimentos no tecido pulmonar. Além disso, durante o processo convencional de fabricação é necessário que ocorra a fusão do óxido de alumínio, uma etapa que gera um alto consumo de energia elétrica.

Existe uma opção para substituir a manta: uma estrutura de cerâmica prensada com serragem, na qual após a sinterização – uma forma de tratamento sob altas temperaturas –, vários poros se formam. A desvantagem é que a quantidade de ‘vazios’ enfraquece o material cerâmico, perdendo assim as propriedades de resistência mecânica e durabilidade.

O propósito de Salomão era conseguir ao mesmo tempo um material simultaneamente mais resistente e poroso, porém com os métodos tradicionais seria inviável, pois sempre que uma propriedade aumenta a outra diminui. “O objetivo era gerar uma nova classe de materiais porosos por meio da hierarquização da estrutura, obtendo poros de diferentes tamanhos que preencheriam os espaços entre si.”, comentou o professor.

Partindo da teoria da estrutura hierarquizada, Salomão acrescentou quitosana – um polímero natural adesivo e de fácil acesso, extraído da casca de crustáceos – com a função de unir as partículas de óxido e hidróxido de alumínio formando fibras continuas, gerando um novo processo.

Após a mistura, o material foi empacotado e sinterizado no próprio processo industrial, pois ao queimar a quitosana e decompor o hidróxido de alumínio, milhares de microporos se formam. “Existem poros de ar nanométricos dentro das estruturas das fibras e nas junções delas. O filamento é mais espesso e forte, possui elevada resistência mecânica e capacidade de isolamento térmico.”, explicou o docente.

O resultado é um material tão eficiente quanto a manta isolante, porém com uma produção de baixo custo e sem risco à saúde. O destaque do trabalho se deu pela qualidade científica, ao passar pelo desafio de encontrar uma forma para se diluir simultaneamente as partículas de óxido de alumínio e misturá-las à quitosana, já que possuem composições diferentes. A inovação do sistema também foi observada na avaliação.

Há quatro anos o professor vem pesquisando o assunto, ressaltando que no ano passado realizou a apresentação em pôster "Como produzir uma fibra usando a quitosana", no mesmo Congresso, e foi premiado também como Melhor Trabalho, o qual indicava o método teórico de produção do novo material.

O próximo passo da pesquisa é criar uma peça em maior proporção para ser testada a fim de analisar os resultados e a eficiência no processo. A estimativa é que em até dois anos o novo material poderá ser produzido em larga escala e revestir equipamentos na indústria siderúrgica.

Salomão ainda apontou que existe uma grande semelhança da estrutura interna das fibras de quitosana com a estrutura do osso humano, havendo a possibilidade de derivá-la para produzir próteses quando houver parcialmente a perda óssea. Para tanto, seria necessário realizar a troca do óxido de alumínio por hidróxido apatita, um mineral presente na composição dos ossos e importante para a regeneração das células.

“O processo é o mesmo: troca-se os elementos e mantém-se a geometria. O resultado é uma estrutura muito próxima e que poderia substituir o osso através do efeito osteogênese, no qual as células do osso vão se regenerando enquanto o material artificial é absorvido pelo organismo. Vamos começar a pesquisar isso no próximo semestre”, definiu Salomão.