Os polímeros e a poluição

É certo que os polímeros vieram para ajudar muito, como já falamos no post A vantagem dos polímeros. Porém a utilização em excesso desse material pode trazer grandes consequências ambientais para todos nós.

Por que o plástico é o grande vilão da história?

Mesmo que o tempo de decomposição do polímero seja muito menor do que o dos vidros e dos metais, esse material não consegue ser tão facilmente reciclado. Isso ocorre por vários fatores, entre eles a existência de inúmeros tipos diferentes de plásticos utilizados em produtos, como embalagens. Para ocorrer a reciclagem deve primeiramente ser feita a separação dos tipos de materiais, porém como você pode reparar em alguns produtos que você tem em casa, muitos estão identificados como “Outros”, tornando ainda mais difícil a identificação e separação.  Ademais, as propriedades dos polímeros fabricados a partir da reciclagem são inferiores do que aqueles produzidos com uma matéria-prima que não foi utilizada anteriormente.

Além disso os produtos feitos com plásticos na maioria das vezes são descartáveis, o que faz com que a quantidade de material desperdiçado todos os anos seja suficiente para dar a volta na terra 4 vezes. Para você ter uma ideia, 2500000 garrafas de água são utilizadas por americanos todas as horas. Assustador, não?

Onde todo esse plástico vai parar?

Nós só conseguimos recuperar uma baixa porcentagem dos plásticos produzidos, acredita-se que 5%. Todo o resto acaba sendo destinado para lixões, aterros sanitários e também para o meio ambiente. A situação dos nossos oceanos, pro exemplo, é muito preocupante, pois se nada mudar em 2050 teremos mais plástico no mar do que peixes. Dessa forma esses materiais acabam matando milhões de animais todos os anos.

O que é feito para mudar esse cenário?

Algumas cidades hoje estão proibindo alguns produtos específicos que contém plásticos não biodegradáveis de serem comercializados. San Francisco foi a primeira cidade da América a banir garrafas plásticas, já Hamburg proibiu a compra de cápsulas de café, água engarrafada e produtos de cutelaria de plástico com o dinheiro da câmera municipal.

Existem pessoas também que buscam fazer a diferença e prometem viver produzindo a menor quantia de resíduos possível, como a Lauren Singer do blog Trash is for Tossers e a Cristal do Um Ano Sem Lixo.

Como a engenharia de materiais pode ajudar

A grande tendência é produzir materiais biodegradáveis, sejam eles feitos com cogumelos, fécula de mandioca, polietileno verde e bioplásticos em geral. As sacolas plásticas feitas com fécula de batata demoram 180 dias para se decompor totalmente, já as convencionais podem se degradar apenas depois de 100 anos. Outra forma é otimizar a reciclagem dos polímeros e conseguir reaproveitar o material e também encontrar materiais que possam substituir os plásticos nos produtos.

Você sabe de algum projeto de materiais relacionado com esse assunto? Compartilhe com a gente 🙂

Fontes:

San Francisco Becomes The First City to Ban Sale of Plastic Bottles

Oceanos em 2050 vão ter mais plástico do que peixes

22 Facts About Plastic Pollution (And 10 Things We Can Do About It)

Truth about plastic

Hamburg bans coffee pods and disposable packaging

Sacos biodegradáveis de fécula de batata

24/01/2012 16h39 – Atualizado em 24/01/2012 16h52 Nova sacolinha biodegradável reduz impacto do plástico, diz Greenpeace

Cientistas produzem material inspirado em teia de aranha

Aqui no blog já falamos sobre as teias de aranhas e porque elas são tão resistentes. Agora os cientistas descobriram como produzir uma versão artificial desse material, que poderá ajudar muito no desenvolvimento da robótica e da biotecnologia!

Já fazem 40 anos que a teia da aranha é considerada um material extraordinário e desde daquela época, as pesquisas sobre esse material não pararam. Foi comprovado por cientistas da University of Oxford e Marie Curie University que a seda pegajosa de captura das aranhas é o que faz com que prendam as estruturas da teia juntas.  Eles descobriram também que a teia pode ser esticada como uma mola, porém quando comprimida, diferente do que se esperava em qualquer fio comum, ela continua esticada. Um fenômeno extraordinário, não?

University of Oxford

Segundo Arnaud Antkowiak a teia pode ser comprimida 95% e continua esticada. Já existem materiais com esse fenômeno, porém apenas no estado líquido e não no sólido.  A seda se adapta conforme o espaço que ela tiver, como pode ser visto no vídeo abaixo feito já com o material artificial. Isso ocorre por causa de uma natureza dupla, que o espiral de seda atua como um material híbrido, compreendendo tanto propriedades dos sólidos como dos líquidos.

A seda da aranha é feita por filamentos compostos por pequenas gotas de cola, onde os filamentos se afivelam quando ocorre a compressão. Dessa forma, eles bobinam-se ao redor das gotículas, o que faz com que o filamento continue esticado.

Com base nessa estrutura os pesquisadores tentaram imitar o material para obter as mesmas propriedades e fenômeno. Para isso foram utilizados filamentos poliméricos revestidos com líquidos, como óleo de silicone, produzindo um liquid wire. Assim foi possível produzir um material que se estende como um sólido e se comprime como um líquido.

A equipe pesquisou diferentes tipos de materiais para serem utilizados como o óleo e como o filamento, descobrindo que existem inúmeras combinações possíveis. Assim sendo, teremos uma grande gama de aplicações. Dr. Hervé Elettro, líder da equipe, disse que essa pesquisa auxiliará na microfabricação de estruturas complexas e em micromotores reversíveis.

 Fontes:

Spider capture silk inspires creation of liquid wire material

Scientists create novel ‘liquid wire’ material inspired by spiders’ capture silk

Spider inspired liquid wire

Conheça o material que promete revolucionar a biomedicina

O que lentes de contato, fraldas descartáveis, substâncias transportadoras de medicamentos, gel de cabelo, pasta de dente e os cosméticos em geral têm em comum? Todos geralmente possuem em sua composição um polímero multifuncional denominado hidrogel. Os hidrogéis são hidrofílicos, isto é, têm afinidade com a água, podendo conter até 99% dessa substância em sua estrutura, são lubrificantes, sensíveis a alterações no ambiente, normalmente viscoelásticos e permitem o transporte de solutos. Com todas essas características, são extremamente versáteis e multifuncionais, podendo variar de flexíveis a frágeis, porosos a densos, de acordo com sua composição química, o que permite que sejam adaptáveis às mais diversas necessidades.

Cientistas e engenheiros de materiais, vendo o grande potencial dos hidrogéis, vêm pesquisando sobre este material nas últimas décadas. Observou-se, por exemplo, que o hidrogel pode ser utilizado como um dos mais eficientes curativos para ferimentos, já que mantém a pele úmida, acelera a regeneração celular, remove o tecido morto da região ferida, não adere ao ferimento e ainda por cima alivia a dor do paciente. A Universidade de Wollongong, da Austrália, descreve o hidrogel como “um dos materiais mais biocompatíveis do planeta”, tanto é que estão sendo estudados para reparação da medula espinhal, nervos e tecidos, sendo bons candidatos para as mais diversas aplicações médicas.

A novidade no que diz respeito aos hidrogéis é a incorporação de outras estruturas para conferir propriedades adicionais e procurar imitar os comportamentos observados na natureza. Ao adicionar tubos ou fazer pequenas perfurações em uma matriz de hidrogel, por exemplo, é possível torná-lo um material transportador de medicamentos. Adicionando-se sensores eletrônicos, é possível monitorar a temperatura corporal e controlar a liberação de medicamentos na medida em que estes forem necessários. Com isso, busca-se desenvolver tecidos inteligentes, capazes de captar estímulos externos e responder aos mesmos, interferindo no quadro clínico.

Dispositivos eletrônicos em matriz de hidrogel. Fonte: MIT/ Melanie Gonick

E por que o hidrogel é tão importante para o desenvolvimento desses tecidos inteligentes? Há diversas razões, podemos citar sua flexibilidade, que torna mais fácil a adaptação a diferentes regiões do corpo humano, sua degradabilidade, que faz com que o material suma assim que novo tecido for começando a crescer na região afetada, isto é, que ocorra uma substituição do tecido artificial pelo tecido novo e saudável. E, é claro, todas as vantagens anteriormente citadas, como remoção do tecido morto do local, alívio da dor e manutenção da umidade do local.

Assim, aliando as engenharias eletrônica e de materiais, espera-se desenvolver excelentes materiais transportadores de medicamentos, tecidos inteligentes, órgãos, sondas neurais, válvulas para implantes, microlentes, entre outros. Considerando ainda o baixo custo do hidrogel e dos sensores, espera-se que o material venha a alavancar a área biomédica nos próximos anos.

Fonte:

Hydrogel: the future of ‘smart Band-Aids’

 

Método inovador para limpeza utilizando polímeros

Quem não tem problemas com poeira? Você limpa sua casa e depois de um certo tempo aquela bela película de poeira se deposita sobre tudo novamente e lá vai você limpar tudo mais uma vez. Isso não é um problema apenas do dia a dia, essas partículas interferem também em campos de grande importância e impacto, como por exemplo nas indústrias eletrônica e aeroespacial, provocando o risco de que equipamentos importantes parem de funcionar.

Pensando nos problemas relacionados a essas partículas micro ou sub-micrométricas, engenheiros desenvolveram uma solução bastante simples a partir de um polímero chamado polidimetilsiloxano (PDMS), o qual é elástico e anti-aderente.  O método foi desenvolvido para partículas menores do que 10 micrometros, visto que as partículas maiores são mais facilmente removíveis e poderiam ser retiradas através de métodos mais simples, como jatos de ar comprimido ou de nitrogênio. Basicamente, foram criadas milhões de pequenas colunas na estrutura do polímero PDMS, como espécies de pilares. Os diâmetros dessas estruturas podem variar de 2 a 50 micrometros, podendo ser observadas apenas ao microscópio. As diferentes dimensões permitem que as colunas recebam uma faixa maior de tamanhos de partícula de poeira. No entanto, para que isso seja possível, não basta apenas a estrutura de colunas; Izadi, um dos cientistas envolvidos, afirma que “quando se fala a respeito de poeira, você está falando sobre cargas eletrostáticas”. Dessa forma, o polímero apresenta também uma carga eletrostática que consegue destacar as partículas de poeira do equipamento, móvel ou estrutura na qual elas se encontram, já que tem uma interação mínima com os substratos a serem limpos, ocasionando uma interação elétrica mais intensa com a partícula. Assim, é necessário apenas encostar o polímero desenvolvido na superfície a ser limpa e as partículas absorvidas entram nos pilares devido à força eletrostática e são removidas, solucionando o problema.

Partículas de sílica (rosa) aderidas ao micropilar de 50 micrometros de diâmetro. Crédito: Vanderlick Lab

Além disso, a invenção ajuda a preservar obras de arte, já que pinturas em acrílico, por exemplo, são extremamente porosas e acabam acumulando poeira em seus poros, o que diminui a vividez das cores e a riqueza de detalhes. Alguns testes do produto já foram realizados em diversos substratos e não houve sinais de deterioração das superfícies a serem limpas e a limpeza foi total, ao menos para os testes com partículas de sílica.

Fontes:

Hadi Izadi et al. Removal of Particulate Contamination from Solid Surfaces Using Polymeric Micropillars. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016;

In the war against dust, a new tool inspired by geckos – Science Daily

PEEK: O polímero de alta performance

No post “A vantagem dos polímeros” apresentamos a seguinte imagem:

Pirâmide Polimérica

Nela aparece um material com muito destaque atualmente, que é uma alternativa para fluoropolímeros como o Teflon, o PEEK ou poliéter-éter-cetona,  na região dos plásticos que aguentam temperaturas extremas. Por essas e outras propriedades ele possui inúmeras aplicações, como falaremos a seguir.

Monômero PEEK

Reduzir tempo de produção de aeronaves

A utilização de componentes poliméricos no lugar dos metálicos permitem reduzir o tempo de produção, além de reduzir o peso. Esses dois fatores proporcionam uma redução de custo, sempre buscada em qualquer projeto de engenharia. Os compósitos com PEEK são utilizados há mais de 25 anos na industria aeroespacial por fabricantes renomados, como a Airbus. Esse material é utilizado em portas e tubos que protegem cabos de alta tensão. Também se utiliza como matéria-prima para suportes hidráulicos e de combustível para asas, caixa central e tanques de combustível, podendo reduzir o peso em 40%. Ele pode ser utilizado nessa aplicação por causa das seguintes propriedades: resistência ao desgaste, rigidez, baixo coeficiente de atrito.

Motores feitos com polímeros

A Solvay anunciou no ano passado (2015) um projeto que consiste na utilização de PEEK para a fabricação de um duto de admissão de combustível, como o da foto, fabricado por impressão 3D.

Duto de admissão de combustível

Tradicionalmente o material utilizado no duto é o alumínio, porém hoje a indústria depende muito da poliamida. Com a busca de novos materiais encontrou-se o PEEK, que alia redução de tamanho do motor e também poder de suportar altas temperaturas de trabalho (até 240 ºC). A redução de peso da peça obtida foi de aproximadamente 50% com o PEEK reforçado com 10% de fibras de carbono, além de ter ótima resistência química para combustíveis e desempenho mecânico confiável.

Biomateriais para implantes

Implante para coluna cervical

O PEEK é utilizado pela Solvay para fabricar implantes para a coluna cervical, pois possui um módulo de elasticidade muito próximo ao do osso,biocompatibilidade, tenacidade e resistência à fadiga.

Indústria do Petróleo e Gás

Os Victrex PEEK são utilizados na produção de ferramentas de alto desempenho para a perfuração de poços. Os benefícios imediatos da aplicação desse material são operações mais fáceis, mais rápidas e mais eficientes. Além disso, o material possui baixa expansão térmica, que pode chegar a 1/6 do aço, ou seja, suportam tolerâncias de projeto mais apertadas. Também combinam baixa resistência eletromagnética e alta resistividade elétrica e possuem estabilidade hidrolítica (absorção de água no máximo de 0,2%).

Você sabe outra aplicação para o PEEK? Deixe nos comentários!

Referências:

Vitrex promete reduzir tempo de fabricação de aeronaves com linha de compósitos termoplásticos

Nova tecnologia em suportes fabricados com PEEK introduzida na indústria aeronáutica reduz consumo e custos de manufatura

Polímero PEEK da Solvay será usado em duto de admissão de combustível no projeto do motor fabricado totalmente com plásticos

Solvay lança no Brasil linha de biomateriais para implantes ortopédicos e cardiovasculares

Polímeros Victrex®Peek permitem alto desempenho em ambientes extremos da indústria do Petróleo e Gás

#6 Conversa com Engenheiro: Marcelo Rabello (UFCG)

A sexta edição do Conversa com Engenheiro é com o professor Marcelo Rabello,  engenheiro de materiais e mestre em engenharia química pela Universidade Federal da Paraíba e doutor em materials engineering pela University of Newcastle (Inglaterra). Atualmente é professor Titular da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), com atuação na graduação, mestrado e doutorado. Ao longo de sua carreira profissional destacou-se pela inovação nos projetos desenvolvidos, especialmente na área de durabilidade de materiais poliméricos, incluindo falha por stress cracking e degradação de polímeros. Prof. Marcelo é um dos nomes relevantes na área de polímeros do Brasil e autor dos livros “Aditivação de Polímeros” e “Aditivação de Termoplásticos”. Ministra cursos de curta duração em diversos temas relacionados a materiais poliméricos.

1. Dependendo do ambiente em que se encontram, alguns polímeros podem ser extremamente danificados e falhar prematuramente. Quais características do material e do ambiente poderiam ser analisadas na tentativa de prever a ocorrência desse fenômeno indesejado?

Os polímeros são materiais que apresentam uma grande diversidade de fatores que afetam o comportamento. Isso inclui não apenas suas características moleculares (como massa molar e sua distribuição, ramificações e reticulações e taticidade) mas também suas características físicas (como cristalinidade, orientação molecular, tensões internas, etc.), além da presença de aditivos. Somado a tudo isso, são muito susceptíveis aos efeitos ambientais, como temperatura, umidade, agentes químicos e intempéries. Todos esses fatores interferem de modo variável nas propriedades dos produtos.

2. Qual o maior desafio em trabalhar com falha prematura de polímeros?

Pela resposta à pergunta anterior se conclui que a diversidade de fatores é muito alta. Certamente, a identificação não apenas dos fatores relevantes mas também a hierarquização desses fatores como causas prováveis pode ser considerado como o maior desafio dessa área. Normalmente, a falha prematura envolve uma combinação de causas, aumentando a complexidade da análise.  Alie-se a isso o fato dos materiais poliméricos apresentarem comportamento muito dependente do fabricante, grade e da própria formulação empregada. Por fim, a investigação da falha (e isso vale para todos os materiais) requer registros relevantes como histórico, preservação de componentes, descrição completa do ambiente de falha, etc. Nem sempre temos todas essas informações disponíveis…

3. Há maneiras de modificar o polímero para torná-lo mais compatível com o ambiente em caso de falha prematura ou a única solução é a troca de material?

Em algumas situações sim, é possível, manipular com a formulação para adequá-lo à condição de uso. Os casos mais comuns são os de falha por solicitações mecânicas e problemas de estabilidade dimensional. Nesses casos, aditivos como cargas reforçantes ou modificadores de impacto podem conferir uma boa condição para reduzir a chance de falha mecânica. Um outro exemplo importante refere-se à degradação química que as moléculas sofrem em algumas condições ambientais. Aditivos estabilizantes como antioxidantes ou fotoestabilizantes são utilizados para prolongar a vida útil dos produtos.

4. Hoje existe algum tipo de simulação computacional para prever a falha prematura de polímeros?

Embora existam muitas tentativas de desenvolver modelos matemáticos para esse fim, são pouquíssimos os casos de sucesso. A combinação de fatores que afetam a falha somado à falta de “padronização” dos materiais poliméricos praticamente inviabilizam modelos confiáveis para esse tipo de previsão.

5. Você acredita que com os modelos científicos atuais já é possível dar informações com segurança sobre a falha de um polímero em serviço por meio de testes acelerados? Quais os modelos comumente utilizados para fazer essas estimativas?

Os testes acelerados são extremamente úteis no projeto de produtos com níveis mais elevados de confiabilidade. Acredito muito mais em testes experimentais com componentes reais do que em situações simuladas por computador. Na elaboração do procedimento, deve-se expor o produto a todas as situações encontradas na prática, incluindo tensões externas, agentes químicos, ciclos de exposição, etc. Todos os estudos mostram, entretanto, que quanto maior o nível de aceleração, mais divergente são os resultados em relação às situações reais. Diversos setores industriais adotam procedimentos desse tipo para simulação dos produtos em serviço, como em pneus, componentes de aviões, calçados, tintas, etc. Os testes acelerados procuram minimizar problemas de performance dos componentes e atender uma necessidade mercadológica de reduzir o tempo entre a pesquisa/desenvolvimento e a aplicação prática dos produtos.

6. Como professor, o que você acha que não pode faltar na formação de um engenheiro de materiais?

O engenheiro de materiais atua predominantemente na indústria, buscando inovação, produtividade e, principalmente, solução de problemas. Essa formação deve contemplar a preparação do aluno para a realidade industrial, levando em consideração esses desafios. Uma visão de mercado é absolutamente essencial na formação de qualquer engenheiro. Ele precisa pensar em soluções que levem em conta os fatores econômicos, de recursos humanos, logística, e de mercado. Isso tudo além da formação técnica, fluência em idiomas, atitude empreendedora, inteligência emocional, etc.

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Gostaríamos de agradecer ao professor Marcelo Rabello pela disponibilidade e por compartilhar conosco suas experiências.

Para quem ficou interessado no tema, há um post sobre falha prematura de polímeros disponível nesse link.

No próximo mês voltaremos teremos a sétima edição do Conversa com Engenheiro, não percam!

 

A madeira transparente

Pense rapidamente em 5 locais ou estruturas onde a madeira pode ser utilizada.

Pensou?

Algumas ideias comuns são usar madeira para construir uma casa, fazer uma escultura, um estilingue, escadas, brinquedos, lápis ou diversas outras coisas.. Mas fazer células fotovoltaicas, janelas ou qualquer outra coisa transparente? Isso provavelmente é algo inimaginável para você, assim como era pra mim antes desse post.

No entanto, uma descoberta de cientistas suecos do KTH Royal Institute of Technology foi capaz de revolucionar a madeira como conhecemos – e também suas aplicações. Trata-se de um processo para obter madeiras transparentes, como a da fotografia abaixo.

Madeira transparente. Créditos: KTH Royal Institute of Technology.

Para obter a transparência, é necessário primeiramente remover quimicamente a lignina das paredes celulares da madeira, um polímero estrutural que bloqueia cerca de 80 a 95% da passagem de luz. Com isso, obtém-se uma madeira branca, porém ainda não transparente. Isso ocorre porque ainda há uma grande dispersão de luz quando esta passa pelo material, problema que precisa ser resolvido em uma segunda etapa. Para diminuir a dispersão, todos os poros são impregnados com poli(metilacrilato de metila), um polímero transparente e com excelentes propriedades óticas, também conhecido como acrílico. Através dessa etapa, é possível combinar as propriedades óticas de ambos os materiais e fazer com que a luz transite através material de uma forma mais direta, sem tantos obstáculos, obtendo assim transparência. As grandes vantagens em utilizar o material desenvolvido no lugar de outros materiais transparentes é o fato de as boas propriedades mecânicas, baixa densidade e baixa condutividade térmica da madeira serem mantidas e de parte do material ser oriundo de recursos renováveis, além do baixo custo de obtenção. Ainda que a imagem observada através do material obtido não seja tão nítida e bela quanto aquela observada através de um vidro, a pequena nebulosidade observada faz com que o material tenha um grande potencial para a aplicação em células fotovoltaicas: o fato de o material prender um pouco da luz que passa através de si pode ser usado para aumentar a eficiência dessas fontes de energia elétrica. Além disso, o baixo custo do material poderia ajudar a baratear essa tecnologia e popularizar a energia solar, que hoje não é tão difundida como poderia devido a seu elevado custo.

Outras aplicações para o material desenvolvido poderiam ser janelas, em substituição ao vidro, decorações diversas ou mesmo fachadas semitransparentes, que permitiriam a entrada de luz mas manteriam certa privacidade.

Os próximos passos dos cientistas quanto a esse material são testar a técnica em outros tipos de madeira e continuar trabalhando para aumentar a transparência e aprimorar o processamento do material.

Fontes:

Wood windows? Swedes develop transparent wood material for buildings and solar cells – Phys. Org;

Swedish Scientists Develop Optically Transparent ‘Wood’ – Sci-News;

Yuanyuan Li et al. Optically Transparent Wood from a Nanoporous Cellulosic Template: Combining Functional and Structural Performance. Biomacromolecules, published online March 4, 2016.

Materiais para odontologia

Sempre ouvimos por aí que o mercúrio é um metal tóxico. A maioria das mães já deve ter dito para não deixarmos o termômetro cair no chão, e se ele quebrar, para não tocarmos no mercúrio que vazou. Por que então são utilizadas ligas de mercúrio para o reparo de dentes se é de conhecimento popular que ele é tóxico a nós seres humanos? Apesar de hoje essas ligas, chamadas de amálgamas, serem menos comuns na reparação dentária devido ao desenvolvimento de resinas cerâmicas com melhor acabamento estético, é comum ainda encontrarmos muitas pessoas que possuam essas obturações em seus dentes.

As amálgamas são utilizadas por possuírem uma combinação de características favoráveis: são duráveis, suportam bem as pressões oriundas da mastigação, seu preço é acessível e são fáceis de colocar, uma vez que normalmente são líquidas ou pastosas à temperatura ambiente, de forma que preencham muito bem todas as cavidades e contornos dentários. Além de dar essa consistência mais líquida à liga, o mercúrio é importantíssimo na obtenção de um material duro e estável, uma vez que é responsável por ligar quimicamente metais como prata, cobre e estanho, para formar as amálgamas. A vantagem é que quando misturado a estes outros elementos, o mercúrio torna-se uma substância inativa, sendo muito menos nocivo ao corpo humano. Ainda assim, há uma liberação em pequena quantidade do mercúrio das obturações para o interior de nosso corpo. No entanto, essa liberação não é considerada perigosa, visto que o mercúrio é um elemento já presente em certa quantidade em nossa água, comida e ar, de forma que a pequena quantidade liberada pelas amálgamas não é tão significativa perto do contato diário que possuímos com o metal.

Uma outra alternativa metálica é o uso de ligas a base de ouro. O ouro é o metal mais biocompatível que existe e já são conhecidos relatos de muito tempo atrás sobre pessoas que possuíam dentes de ouro.  Além disso, o ouro tem coeficiente de expansão térmica muito próxima à do dente, expandindo e contraindo de forma semelhante a este e, assim, evitando tensões em excesso no dente restaurado. Devido a tudo isso, o material sempre foi considerado muito seguro. No entanto, o ouro puro é muito dúctil (e caro) para fazer restaurações dentárias, precisando de alguns elementos de liga para obter melhores propriedades, como por exemplo a prata e o irídio, que aumentam a resistência da liga, o cobre e o paládio, que modificam sua coloração, e a platina, que, assim como o ouro, é resistente a manchas e tem poucas chances de desencadear uma reação imunológica. No entanto, a adição desses elementos de liga faz com que o ouro não seja mais completamente inerte e biocompatível. Relatos na literatura mostram que alguns elementos liberados das ligas de ouro apresentam efeito citotóxico in vitro.  Os estudos concluíram que ouro, paládio e platina não apresentam efeito citotóxico, cromo, cobre e prata mostraram-se tóxicos e níquel, zinco e cobalto foram classificados como muito tóxicos. No entanto, esses estudos são recentes e ainda não se sabe com clareza sua relevância clínica. Serão necessários mais estudos in vitro e mais ensaios clínicos controlados para uma melhor avaliação das ligas.

Para quem não se sente confortável com as opções metálicas, há outros materiais que podem ser utilizados e que conferem uma melhor qualidade estética.

A primeira opção são os compósitos à base de polímeros. Eles não são tão duradouros como as amálgamas e ligas de ouro e não podem ser utilizados em casos em que a perda dentária é muito grande, no entanto em preenchimentos menores são uma excelente opção e conferem uma boa estética. Os compósitos são feitos a partir de uma resina polimérica e uma carga de partículas vítreas, misturadas e ajustadas até se assemelharem à coloração original do dente. A matriz polimérica é responsável por conferir estabilidade e não dissolubilidade em água. Já as particulas vítreas, normalmente quartzo, borossilicato, ou vidro a base de bário, aumentam a resistência do polímero, previnem a absorção de água e amenizam expansões ou retrações. Ao final, é realizado um tratamento de superfície para unir efetivamente o polímero e a carga vítrea. Há na literatura diversas combinações de polímeros, cargas, catalisadores, aceleradores, etc, que conseguem formar bons compósitos com essa função odontológica. Devido aos avanços recentes, esses materiais são cada vez mais populares e confiáveis, conferindo bastante segurança na junção entre material e dente.

Comparativo entre obturações de amálgama (acima) e de compósito (abaixo), mostrando o melhor aspecto estético da última.

Por fim, para finalizar o assunto de hoje, será abordada mais uma opção não metálica: as porcelanas. Esses materiais cerâmicos são os que fornecem o melhor acabamento estético dentre as opções abordadas. Normalmente são de um tipo de porcelana feita de óxido de silício com percentuais variados de zircônia e alumina, conferindo a cor apropriada ao material. A propósito, uma característica interessante no que diz respeito à coloração é que o material não tem sua cor alterada com o uso, mantém sempre a cor original. Isso não acontece para muitos dos outros materiais desenvolvidos para adquirir um aspecto semelhante ao de um dente.

Como podemos ver, há ainda muitos desafios na área odontológica. Nesse caso, vemos a importância do trabalho em equipe e dos grupos interdisciplinares, onde um maior progresso pode ser obtido através da parceria entre áreas como odontologia e engenharia de materiais.

Fontes:

Biocompatibility Testing & Dental Toxicity;

J. B. Schilling Dentistry: Materials;

ELSHAHAWY, W.; WATANABE, I. Biocompatibility of dental alloys used in dental fixed prosthodontics. Tanta Dental Journal, v. 11, n. 2, p. 150-159, 2014.

Conheça os fluoropolímeros – a classe do Teflon

Quem nunca ouviu falar sobre as incríveis propriedades do Teflon? Talvez a mais conhecida seja sua antiaderência, motivo pelo o qual o teflon é utilizado em utensílios domésticos. No entanto, há muito mais a ser descoberto sobre esse material e sobre a classe especial de polímeros do qual faz parte: os fluoropolímeros. Esta classe é conhecida por possuir as propriedades mais extremas do grupo dos polímeros, e é sobre isso que falaremos nos próximos parágrafos.

Os fluoropolímeros são polímeros fluorados, isto é, que contêm átomos de flúor em sua estrutura. Eles podem ser parcialmente fluorados, aqueles que contêm não somente átomos de flúor ligados aos carbonos da cadeia principal, mas também átomos de hidrogênio ou cloro, ou então perfluorados, os quais contêm apenas átomos de flúor ligados aos carbonos mencionados. Por causa desses diferentes graus de substituição por flúor, as duas classes de fluoropolímeros apresentam propriedades e características de processamento distintas. Polímeros parcialmente fluorados, por exemplo, possuem dureza mais elevada. Enquanto isso, os perfluorados têm excelentes estabilidade térmica e inércia química: são estáveis em quase todos os ambientes químicos, insolúveis em quase todos os reagentes e também são resistentes a processos de envelhecimento.

Por que essa diferença se os polímeros são parecidos em termos de estrutura química? Porque a excelente resistência térmica e química dos polímeros perfluorados resulta justamente da estabilidade das ligações C-F e C-C, as quais apresentam energias de ligação elevadas (552 kJ/mol e 607 kJ/mol, respectivamente). Além disso, a estabilidade é amplificada pelo efeito de blindagem causado pelo flúor, isto é, o empacotamento excelente destes átomos em torno da cadeia principal do polímero, possível devido a suas pequenas dimensões. Assim, normalmente a presença de outros átomos, tais como H e Cl, irá prejudicar o efeito de blindagem e ainda formar uma ligação de menor energia com o carbono, prejudicando as propriedades mencionadas. A figura abaixo comprova essas informações:

Resistência química de fluoropolímeros a diversas substâncias. Adaptado de EBNESAJJAD, 2002.

Obs: PTFE (teflon) e PFA são polímeros perfluorados, enquanto ECTFE e PVDF (inércia química inferior) são parcialmente fluorados.

Apesar de essas propriedades já serem suficientes para garantir aos fluoropolímeros um lugar de destaque, esses materiais possuem ainda outras características importantes: baixa inflamabilidade, tenacidade e flexibilidade a baixas temperaturas, elevada rigidez dielétrica, baixa constante dielétrica, excelente biocompatibilidade, baixa energia de superfície e baixa absorção de umidade. Além disso, a maioria dos fluoropolímeros é pouco aderente, devido a sua abundância de pares de elétrons não ligantes e conferem normalmente baixo coeficiente de atrito a um sistema, no caso do teflon sendo comparado inclusive ao coeficiente de atrito existente entre duas superfícies de gelo úmido.

Sabendo de tudo isso, por que não vemos tantos fluoropolímeros em nosso dia-a-dia?

Porque de fato a produção total de fluoropolímeros é pequena em relação a outras classes de polímeros sintéticos, já que possuem custo superior. Assim, esses materiais são utilizados principalmente em aplicações mais específicas, quando os outros polímeros não conseguem atender à demanda. Setores industriais onde há maior aplicação desses materiais são manufatura de componentes elétricos para temperaturas elevadas e indústrias química, de semicondutores e automobilística. Com isso, a indústria de fluoropolímeros tem apresentado um crescimento contínuo, utilizando como principal força motriz a percepção pública de que utilizar matérias primas de elevado desempenho, ainda que possuam um custo elevado, resulta em grandes vantagens econômicas a longo prazo.

Fontes:

EBNESAJJAD, S. Introduction to Fluoropolymers.

BILLMEYER, F. W. Textbook of polymer science. 3rd. ed. New York: J. Wiley, c1984. 578p.

EBNESAJJAD, S. Fluoroplastics, Volume 2: Melt Processible Fluoroplastics: The Definitive User’s Guide. Norwich: William Andrew, 2002. 596p.

CHAMBERS, Richard D.Fluorine in organic chemistry. CRC Press, 2004.

SAUNDERS, K. J.Organic polymer chemistry:an introduction to the organic chemistry of adhesives, fibres, paints, plastics and rubbers. 2nd ed. London: Chapman and Hall, c1988. 502p.

Impressão 4D: A evolução da impressão 3D

A impressão 3D já existe desde os anos 80 e consiste em um método de processamento, no qual é criado um objeto tridimensional através de adições de camadas de material. Mas o que então seria a quarta dimensão?

Na impressão 4D temos uma quarta dimensão que seria o tempo. Isso significa que mesmo depois de ser produzido pela impressora, o material pode ser sua forma alterada sozinha. Para isso são utilizadas matérias-primas chamadas de inteligentes, como as ligas com efeito de forma, lembra?

Como funciona?

Como quase tudo na vida, o problema é resolvido pelo material! Como foi falado anteriormente no post linkado acima, existem materiais, como ligas de ouro-cádmio e cobre-zinco que podem ter suas formas alteradas automaticamente quando receberem um estímulo externo, que podem ser por temperatura, eletricidade, imersão em líquidos e gases, pela luz ou até mesmo estímulos químicos. No caso das ligas o mecanismo de ativação da mudança de forma é a temperatura.

Nas pesquisas realizadas no Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) os materiais impressos são cobertos por uma tinta especial que reage na presença de água e consequentemente altera a forma do objeto. Geralmente esses materiais inteligentes são utilizados nas juntas do objeto e não são utilizados em todo o material, provavelmente por causa dos altos custos associados. Porém hoje só é possível fazer com que os produtos feitos por impressão 3D alterem sua forma em apenas uma direção e quando o mecanismo de ativação for a água.

Veja o vídeo abaixo para ver como funciona essa transformação!

Aplicações

A indústria que mais se beneficia com esse tipo de processo e de material é a robótica. O mercado necessita de robôs mais precisos e com movimentos suaves, o que é chamado de soft robots. Acredita-se então que os materiais provenientes da impressão 4D podem auxiliar na confecção desses robôs e ajudar a indústria médica, por exemplo. Além disso, no futuro esses materiais podem fazer parte de componentes que se montam sozinhos, facilitando o armazenamento.

Desafios

Antes de a gente ter essa tecnologia em nossas casas é preciso que haja um desenvolvimento de uma impressora 3D mais complexa, capaz de imprimir microchips e circuitos no seu impresso, que fariam com que o material se auto montasse. Entre as limitações mais relacionadas com o material estão a necessidade de usar um meio, como a água, para o material sofrer a mudança de geometria, o que não é tão prático para o uso diário e para a venda para o consumidor final. Ademais a reversibilidade do material de mudar de uma forma para outra ainda é limitada e faltam mais estudos sobre diferentes mecanismos de ativação que o material poderá ter.

Fontes:

Raviv, Dan, et al. “Active printed materials for complex self-evolving deformations.” Scientific reports 4 (2014).

Techtudo – Impressão 4D: Como funciona e diferenças para a impressora 3D

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Gostaria de agradecer meus amigos Pedro e Ricardo pela sugestão do assunto dessa publicação.