Docente do SMM recebe prêmio de melhor trabalho no 58º Congresso Brasileiro de Cerâmica

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.

Por Keite Marques da Assessoria de Comunicação da EESC