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MICROESFERAS CERÂMICAS POR UM PROCESSO DE FABRICAÇÃO ALTERNATIVO
Amanda Guimarães^1 , Cleber Fenilli^1 ,Cristiani Coral Zanelatto^1 , Daiara Floriano da Silva^1 , Eduardo Candinho dos Santos^1 , Gilson Bez Fontana Menegalli^2 , Gabriela Pereira^1 , Kelly Araldi Cardoso^1 , Kleberson Francisco Medeiros 1 ,Leonardo Werncke Oenning^1 , Luize Tiscoski^1 , Roselane Bussolo Cesconeto^1
(^1) Acadêmicos do Curso de Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense (^2) Professor do Departamento de Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense
1,2 (^) Universidade do Extremo Sul Catarinense – UNESC / Departamento de Engenharia de Materiais, Campus I,
Av. Universitária nº 1105.
RESUMO: Microesferas cerâmicas densas tem uma grande aplicação no setor de tintas como meios de moagem e mistura e tratamento de superfície metálica em granalha para jateamento. Este produto não tem produção nacional e está restrito a dois representantes, com um elevado custo de aquisição, entre um e dois dólares por grama. Uma rota alternativa de produção, visando obter microesferas de qualidade no mínimo iguais as que existem no mercado com um preço competitivo será o objetivo deste trabalho. Para tal foram testados os métodos de gotejamento por meio de uma seringa e polimerização em meio líquido. Para esta pesquisa foi preparada uma massa de zircônio, alumina, carbonato de cálcio e alginato de sódio.
PALAVRAS-CHAVE: Microesferas, gotejamento, polimerização.
ÁREA DO CONHECIMENTO: Processo de Fabricação de Cerâmica II.
INTRODUÇÃO
As microesferas cerâmicas atualmente não são produzidas nacionalmente, tendo assim um elevado custo e dependência de apenas duas representantes de empresas estrangeiras [1].
A produção deste produto é limitada pela prensagem isostática, que tem produção de diâmetro mínimo de aproximadamente 30 mm. O diâmetro que se deseja chegar é da ordem de 1 a 3 milímetros, sendo que os resultados obtidos experimentalmente serão comparados com microesferas de zircônia e vidro comerciais.
Microesferas apresentam propriedades de alta resistência à compressão, estabilidade química, resistência a altas temperaturas e a água, baixa condutividade térmica, alta resistência à abrasão e a corrosão resultando em alta durabilidade na maioria dos processos que são empregados [2].
São amplamente utilizadas para realização de moagem e/ou mistura de tintas, vernizes, materiais odontológicos e farmacêuticos, isolamento térmico em formulações de tintas, utilização em cimentos para poços de petróleo e para tratamento de superfície de materiais metálicos com a aplicação de granalha para jateamento, conhecido como tratamento de “ shot peening ” [1, 2].
As rotas alternativas de produção estudadas foram o de gotejamento em solução polimerizante, com
variações de ângulos de gotejamento, das concentrações das soluções polimerizantes e dos percentuais dos componentes da massa.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Alginato de Sódio
O alginato de sódio, ou algina, é o carboidrato purificado extraído de vegetais marítimos pelo uso de uma diluição alcalina. É extraído, sobretudo da alga Macrocystispyrifera. A algina é encontrada em todas as espécies de sargaços (Classe Phaeophyceae ), e é possível fazer uso comercial de espécies de Ascophyllum , Emonia , Laminaria e Nereocysti s, entre outras. A Macrocystis pyrifera é colhida em várias zonas temperadas do oceano Pacífico: nos Estados Unidos, a área do sul da Califórnia é a principal produtora [3].
A algina é constituída principalmente pelo sal sódico do ácido algínico, polímero linear do ácido L- gulurônico e do ácido Dmanurônico. Este último é o principal componente, mas há alguma variação, dependendo a alga de origem. A molécula de ácido algínico é um copolímero de unidades de ácido manopiranosilurônico com ligação 1,4, de unidades de ácido gulopiranosiltirônico com ligação 1,4 e de segmentos em que esses ácidos urônicos se alternam com ligações 1,4, conforme esquema da figura 1 [3].
Figura 1 - Estrutura do alginato de sódio. (Fonte: Kawaguti, 2008)
O alginato de sódio ocorre como pó fino ou grosso quase inodoro e insípido, de cor branco-amarelada. É bastante hidrossolúvel, formando uma solução coloidal viscosa. Trata-se de um agente suspensor [3].
É usado na indústria alimentícia (sorvete, leite com chocolate, molhos de salada, glacês, confeitaria), para cosméticos em suspensão, como goma e como ligante e espessante em comprimidos. Os sais de vários cátions polivalentes e o ácido algínico têm propriedades úteis para formação de géis. O alginato de cálcio tem aplicação na geleificação para vários fins, entre os quais a formação de um gel firme para a preparação de moldes dentários (para fazer dentaduras e outras próteses) [2].
Polimerização
Na imobilização com alginato uma suspensão de microrganismos é misturada a uma solução de alginato de sódio, suficiente para formar um gel firme [4].
Após geleificação, a massa cerâmica é retida ou aprisionada dentro do gel. Durante a permanência na solução salina, os íons cálcio são transportados para o centro da esfera e um estado de equilíbrio é atingido variando de 15 min a 12 h (Figura 4). O tempo depende das condições experimentais como temperatura, concentração do sal, diâmetro da esfera, tipo e concentração de alginato, concentração da suspensão celular [4].
Durante o procedimento de maturação da esfera, em solução de cloreto de cálcio, o aumento do volume pode chegar a 40 % em relação ao tamanho original [4].
Alguns aspectos durante a imobilização devem ser observados como a estabilidade mecânica, que pode diminuir com o tempo devido à baixa concentração de alginato ou à grande quantidade de massa cerâmica na suspensão; limitações difusionais dependendo do tipo e concentração do gel [4].
Massa ZAS
Cerâmicas de zircônia (ZrO2) apresentam elevada resistência química e refratariedade e podem apresentar elevadas propriedades mecânicas e
condutividade iônica. Em decorrência, têm sido aplicadas nas indústrias química, petroquímica, metalúrgica e mecânica. Algumas aplicações como elementos estruturais incluem: componentes de bombas e válvulas mecânicas, cutelaria, matrizes de conformação de metais, próteses ortopédicas e dentárias (biomaterial), refratários. Também podem ser utilizadas como eletrólitos sólidos em sensores de oxigênio, baterias e células a combustível [5].
No Brasil, as aplicações de cerâmicas de zircônia se justificam pela excelente qualidade da superfície retificada e boa tenacidade à fratura, quando comparadas às cerâmicas de alumina. Peças comumente fabricadas em Y-TZP são anéis para cones de trefilação de fios metálicos, assim como polias para tratamento dos mesmos [5].
Geralmente as cerâmicas de zircônia são produzidas industrialmente utilizando-se pós comerciais pré-aditivados. Dois pós comerciais largamente empregados para produção de zircônia para fins estruturais são Y-TZP (com ~3% em mol de Y2O3) e Mg-PSZ (com ~3% em peso de MgO). Os preços destes pós, entretanto, são elevados, o que dificulta a ampliação do seu emprego [5].
OBJETIVOS
Objetivo Geral
Produzir microesferas cerâmicas por um processo alternativo.
Objetivos Específicos
- Processamento por gotejamento em solução polimerizantes;
- Polimerização com alginato de sódio e cloreto de cálcio na massa de ZAS;
- Estudo das propriedades das microesferas obtidas com o processo de melhor resposta, comparando com as existentes no mercado.
MATERIAIS E METODOLOGIA
A formulação utilizada para a produção de microesferas cerâmicas foi: 55% de silicato de zircônia, 45% de alumina e, sobre esta formulação, adicionou-se 5% de carbonato de cálcio e 0,5% de alginato de sódio, 30% água e 0,21% de TPF (percentuais em massa).
A formulação foi colocada em moinho de bolas, tipo periquito, durante 10 minutos, para desagregação e para promover homogeneidade na massa.
Os resultados obtidos na caracterização das microesferas produzidas não foram satisfatórios devido a medidas discrepantes em relação às características das microesferas comerciais.
CONCLUSÕES
A formulação, a concentração da solução e a metodologia que apresentaram melhores resultados visuais e de produção foram:
- 55% de zircônio, 45% de alumina e, sobre esta formulação, adicionou-se 5% de carbonato de cálcio e 0,5% de alginato de sódio, 30% água (percentuais em massa);
- Solução 20% de cloreto de cálcio;
- Ângulo da proveta igual a 90°.
Sugere-se, para estudos futuros, ensaios de desgaste e abrasão para verificar a perda de massa comparando com as existentes no mercado.
REFERÊNCIAS
[1] FAPESC. São Paulo. <http://www.pesquisaapoiada.fapesp.br/pipe/index/? base=pipe&action=show&lang=pt&keyword=1034> Acesso em 01/12/08.
[2] 3M Brasil. Sumaré. <http://products3.3m.com/catalog/br/pt002/mfg_indu strial/industrial/node_W6H6MT5GLRbe/root_GSHL 0G7FLgv/vroot_5S89FD1L7Cge/gvel_21D42G gl/theme_br_gmi_3_0/command_AbcPageHandler/o utput_html> Acesso em 01/12/08.
[3] Geocities, <http://www.geocities.com/bioquimicaplicada/resum ocarboidrato5g.htm?20085> Acesso 30/11/08.
[4] KAWAGUTI, Haroldo Yukio e SATO, Hélia Harumi. Produção de Isomaltulose, um Substituto da Sacarose, Utilizando Glicosiltransferase Microbiana. Química Nova. Campinas, V. 31, Nº 1, P. 134-143, 2008.
[5] YoshimuraI, H. N.; MolisaniI, A. L.; NaritaI, N. E.; GonçalvesII, M. P.; M. F. de Campos. Cerâmica. Zircônia parcialmente estabilizada de baixo custo produzida por meio de mistura de pós com aditivos do sistema MgO-Y2O3-CaO. v. 53, p. 116-132,
