39 Nanomateriais utilizados como reforços estruturais em materiais compósitos e a sua aplicação nas construções civis: uma visão generalista Resumo Ana Paula Leite 1 João Paulo Soriano 2 Gislaine A. Asti Sales 3 Wisley Falco Sales 4 A nanotecnologia, que a pouco mais de 20 anos era tratada como promissora, hoje assume status de vanguarda em termos de ciência, tecnologia e aplicações diversas. Ela abrange diversas áreas do conhecimento como a medicina; eletrônica; ciências da computação; física; química; biologia e engenharia dos materiais, dentre outras engenharias. Porém, mesmo sendo uma ciência pouco explorada, devido à sua abrangência, está caminhando a passos largos e mostrando resultados surpreendentes, com inovação de invenções, aprimorando-as e também com a promessa de proporcionar uma melhor vida a humanidade. O objetivo principal dela não é chegar a um controle preciso e individual dos átomos, sobretudo, elaborar estruturas estáveis com eles. Neste trabalho se mostra a nanociência, a nanotecnologia e direcionando para algumas aplicações reais de engenharia, como foco em soluções para construções civis. Palavras-chave: Nanociência. Nanotecnologia. Compósitos. Aplicações em Engenharia. Introdução Nano é um prefixo que vem do grego antigo e significa anão, 1 nanometro é 1 bilhonésimo do metro; A nanotecnologia está associada com tecnologias que possibilitam a construção de materiais numa escala extremamente reduzidas, utilizando de técnicas adequadas para posicionar átomos e moléculas em locais desejados, para obtenção de materiais mais leves limpos e muito mais resistentes e uma ampla variedade de melhores meios de produção. Cada vez mais aumentam as pesquisas em nanotecnologia ela representa um dos maiores interesses do mundo com extraordinários investimentos. Existe uma infinidade de áreas onde a nanotecnologia está presente, tais como a física, química, engenharia de materiais e a medicina, podendo oferecer uma contribuição significativa para a sociedade (INSTITUTO INOVAÇÃO, 2005). Na Engenharia civil são muitas as pesquisas 1 Aluna de graduação do curso de Engenharia Civil das Faculdades Integradas Rui Barbosa (FIRB) 2 Aluno de graduação do curso de Engenharia Civil das Faculdades Integradas Rui Barbosa (FIRB) 3 Doutoranda em Engenharia Elétrica (UNESP), Mestre em Engenharia Elétrica (UNESP), Especialista em Educação Matemática (UNESP) e Graduada em Matemática (UFMS). Professora das Faculdades Integradas Rui Barbosa (FIRB). E-mai: asti.gislaine@gmail.com 4 Pós-Doutorado em London South Bank University, Doutor em Engenharia Mecânica (UFU), Mestre em Engenharia Mecânica (UFU) e Graduado em Engenharia Mecânica (UFU). Professor/Coordenador do curso de Engenharia Civil das Faculdades Integradas Rui Barbosa (FIRB) E-mail: wisley100@gmail.com
40 em produtos na aplicação da construção civil, como no concreto, revestimentos, argamassas que possibilitam um produto muito mais resistente, leves, flexíveis e condutores elétricos ou semi condutores. Esta pesquisa atenta para a importância da nanotecnologia e suas aplicações com ênfase na construção civil e suas aplicações para o melhoramento desses materiais (SIDDIQUE ; MEHTA, 2013) Os primeiros conceitos sobre essa tecnologia vieram com o físico americano Richard Feynmam (1918-1988), no dia 29 de Dezembro de 1959, quando ele realizou uma conferência no encontro anual da Sociedade Americana de Física sobre o controle e manipulação da matéria à uma escala atômica podendo assim construir pequenos dispositivos compostos átomo a átomo, utilizando uma pergunta O que aconteceria se pudéssemos mover os átomos?. Mas, contudo, a palavra Nanotecnologia foi usada pela primeira vez pelo professor Norio Taniguchi em 1974 para descrever as tecnologias que permitam a construção de materiais do tamanho de 1 nanômetro. Esse tamanho equivale se compararmos com um grão de areia de 1 mm em uma praia de 1.000 Km de extensão (INSTITUTO INOVAÇÃO, 2005). Na década de 80 quando se ocorreu a emergência da nanotecnologia devido a convergência de avanços experimentais como, por exemplo, a invenção do microscópio de varredura de tunelamento em 1981 por Gerd Binnig, que é um instrumento para visualização de superfícies no nível atômico, com isso, possibilitando um maior conhecimento sobre esse novo mundo. Nos dias de hoje, já existem três caminhos distintos: um deles é cima para baixo que consiste na construção de dispositivos por desgaste de materiais macroscópicos; o outro, construção de dispositivos que se formam espontaneamente a partir de componentes moleculares; e a de materiais átomo a átomo. Uma utilização mais radical seria a sua utilização nas ciências computacionais, como a nanofotônica em que nano cristais seriam criados de modo a permitir uma capacidade de buscar na ordem dos milhares ou dezenas de milhares de bit. Um levantamento de produtos e serviços que estariam no mercado: tecidos resistentes a manchas e que não amassam; raquetes e bolas de tênis; capeamento de vidro e aplicações ante erosão a metais; filtros de proteção solar; material para proteção ( screening ) contra raios ultraviolenta; tratamento tópico de herpes e fungos; nano-cola, capas de unir qualquer material a outro; pó ante bactérias; diversas aplicações na medicina como cateteres, válvulas cardíacas, marca-passo, implantes ortopédicos; produtos para limpar materiais tóxicos; produtos cosméticos; sistemas de filtração do ar e da água; microprocessadores e
41 equipamentos eletrônicas em gela; polimentos de faces e superfície com nanotecnologia sem micro riscos (DA COSTA, 2002). Além disso, também existe varias questões a serem tratadas, pois os desafios são semelhantes às de desenvolvimento de novas soluções e tecnologias, incluindo questões sobre a toxidade e impactos ambientais, e os efeitos na economia global. Exemplo de alguns impactos causado pela nanotecnologia é a nanopoluição que é gerada por nanomateriais ou durante a confecção deles. Esse tipo de poluição pode ser perigoso, uma vez que elas podem flutuar facilmente pelo ar viajando por grandes distâncias devido ao seu tamanho, e também podem entrar nas células de seres humanos, animais e plantas, e sendo, a maiorias destes poluentes não existirem na natureza, as células provavelmente não terão os meios apropriados de lidar com eles e assim, causando danos ainda não conhecidos, entretanto, os fatores contra não a torna uma tecnologia inviável, pelo contrario ela traz muito mais benefícios que prejuízos (BELISÁRIO, 2002, INSTITUTO INOVAÇÃO, 2005, BRASKEM, 2013 e DSD, 2013). 1 Aplicações gerais A nanociência junto com a nanotecnologia, buscam a produção de novos materiais e a melhora dos já existentes, em alguns casos os nano materiais estão um pouco distantes do nosso cotidiano, mas por outro lado temos exemplos bem comuns de suas aplicações no nosso dia a dia, como por exemplo são as lentes inteligentes, que mudam sua transparência de acordo com o ambiente, como as lentes transisions usadas em óculos, quando em ambientes de claridade as lentes se escurecem rapidamente e no contrario clareiam-se. Mas isso não e nem o começo, do que esses matérias denominados inteligentes são capazes de fazer, muitas são as áreas de aplicações, como nas áreas das indústrias farmacêuticas, esportes, eletrônicos, materiais magnéticos, na medicina entre outros (INSTITUTO INOVAÇÃO, 2005) Na indústria farmacêutica por exemplo, grandes empresas do ramo vem investindo cada vez mais em pesquisas na utilização de Nano partículas em cremes faciais, e também podemos encontrar nanoparticulas em protetores solares que auxiliam na rápida absorção do produto, e em outras inúmeras aplicações.
42 2.1 Aplicações específicas na área da engenharia civil Sempre se busca o aperfeiçoamento, no caso dos materiais nas construções não é diferente, e com a era da nanotecnologia esta ficando cada vez mais possível a criação de matérias mais resistentes e com características únicas. A nanotecnologia vem sendo bastante usada, e agregam características especificas a cada tipo de material utilizados em diversas áreas da construção, como por exemplo em portas, janelas, revestimentos, tintas, telhas, cimentos e outros demais. No caso do cimento as pesquisa vem crescendo cada vez mais, já que este componente é o segundo mais usado em todo o mundo, a propriedades potencializadas ao cimento com a aplicação de nanotecnologia, tendo como exemplo a adição de nanotubo de carbono, que quando adicionado as propriedades já existentes do cimento permite aumentar sua capacidade de resistência e produtos mais leves. 2 Nanotecnologia no Brasil Com base em dados do Ministério da Ciência e Tecnologia do Governo Brasileiro, existem 150 empresas brasileiras que desenvolvem algum produto a partir de conhecimentos da nanotecnologia. Entre essas empresas está a Petrobras, buscando soluções a nível molecular em nano revestimentos para inibição de corrosão. Outro exemplo, resultado de parcerias com universidades brasileiras em pesquisas conjuntas, está no desenvolvimento de novos fluidos para perfuração de poços de petróleo. Fluidos com viscosidade variável, dependendo do regime que está submetido, ou seja, do estado de tensões cisalhantes a ele impostas. Quando a broca está girando, com o fluido agitado, em movimento, a presença de nanoparticulas no fluido faz com que ele tenha baixa viscosidade. Entretanto, quando se encerra os trabalhos com a broca, os mesmo fluidos com nanopartículas dispersas, com menores tensões cisalhantes, se tornam viscosos impedindo que os resíduos da perfuração retornem para o poço, Isso é possível porque as partículas foram desenvolvidas para se comportarem de formas diferentes em cada situação, fazendo que a empresa economize cerca de US$ 150 mil em cada troca das brocas. Existe consenso entre pesquisadores, empresários e governantes nacionais de que preciso que o país se posicione em uma condição de maior competitividade científica, tecnológica e industrial em relação aos demais países do mundo. O próprio governo elegeu a nanotecnologia como uma das prioridades dos programas federais e com os estímulos certos o pais tem grande capacidade de desenvolvimento nesta área.
43 Conclusões A nanociência já é explorada há mais de um século, enquanto a nanotecnologia ganhou força nas duas décadas e hoje não é mais uma promessa e sim realidade. Produtos fabricados em escala nanométrica já são utilizados em escala piloto e outros em escalas industriais e já podem ser adquiridos no mercado. Dentre outros, para o ramo de construção civil destacam-se os nanopgmentos adicionados às tintas, nanotubos de carbono adicionados como reforços em cimentos. Neste último caso, o concreto resultante apresenta melhores propriedades mecânicas, corrosivas e consequentemente são mais leves. Com isso se faz construções de baixo peso e com maior vida útil. Esses são apenas alguns dentre tantos outros casos de sucesso dessa tecnologia em escala nanométrica, antes considerada como sonho, mas que hoje está aí para ficar. Na Tab. 1, mostram-se algumas empresas brasileiras que desenvolveram e que estão desenvolvendo produtos com nanotecnologia, voltado na área da engenharia civil. Tabela 1 Algumas empresas brasileiras e respectivos produtos dedicados a construções civis. Empresa Produto Descrição Revestimentos nano estruturados, com grande resistência a altas Nanox Tecnologia S.A Revestimentos produtos químicos e aumenta temperaturas, corrosão, contaminação biológica, 100% a vida útil do equipamento. Tinta branca com nano partículas de fosfato amorfo de alumínio, substitui o Bunge Biphor dióxido de titânio que é tóxico, sendo não toxico, mais barato e dando maior durabilidade. Cimento com alta resistência Nanocompositos de UFMG- Universidade mecânica, redutor de cimento nanotubo de Federal de Minas Gerais porosidade e condutividade carbono elétrica térmicas superiores. E.F Engenharia Ltda Fonte: Elaborado pelos autores Nanocompositos de borracha Nanocompositos de borracha natural para adesivos e outros produtos.
44 Referências INSTITUTO INOVAÇÃO, Nanotecnologia, 2005. BELISÁRIO, R., A fabricação de nanoestruturas. 2002. BRASKEM. Disponível em : <http://www.braskem.com.br>. Acesso em: 23 jun. 2013. DA COSTA, V.R.; Rumo ao nanomundo Entrevista com Prof. Cylon Gonçalves da Silva.: Ciência Hoje, São Paulo, v. 33, nº 193, Maio de 2003. DSD. Dispositivos Semicondutores Discretos. Disponível em: <http://www.dsd.com.br/>. Acesso em: 23 jun. 2013 SIDDIQUE, R. and MEHTA, A. Effect of carbon nanotubes on properties of cement mortars, Construction and Building Materials, Vol. 50, pp. 116-129, 2013.