artigo sobre microesferas, Manuais, Projetos, Pesquisas de Engenharia de Materiais

Baixe artigo sobre microesferas e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia de Materiais, somente na Docsity! 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 1Acadêmicos do Curso de Engenharia de Materiais da Universidade do Extremo Sul Catarinense 2Professor 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 Nereocystis, 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.