Tinta de madeira para impressão 3D?
Data: 05 de junho de 2021.
Autores: Danilo Minto dos Santos, Letícia Sant'Anna Andrade, Matheus Willian Santos de Freitas, Ana Paula Bernardo dos Santos e Lívia Tenório Vilela Cerqueira Crespo.
Ilustradora: Marya Luísa Damasceno Oliveira.
Revisora: Lucineide Lima de Paulo.
Uma recomendação feita pela Organização das Nações Unidas é a substituição de materiais à base de petróleo por materiais de biomassa, que se mostram peças importantes para um futuro sustentável. A biomassa de madeira é a mais negociada no mundo, mas seu potencial vai além dos fins energéticos.
A celulose (Figura 1) é um dos polímeros mais encontrados no planeta. Ela é classificada como um carboidrato e pode ser formada de três maneiras: pela ligação de muitos monômeros de glicose durante a fotossíntese, pela sintetização de monossacarídeos (como a glicose, por exemplo), ou pela hidrólise de dissacarídeos em monossacarídeos. A fórmula do polímero é (C6H10O5)n. e esse componente faz parte dos tecidos vegetais, dando-lhes rigidez e firmeza.
Figura 1 - Estrutura da Celulose.
Fonte: Os autores (2021).
Na indústria, a celulose é muito utilizada como matéria-prima na fabricação de papel e papelão, a partir do entrelaçamento das fibras celulósicas (figura 2). Essas fibras são provenientes dos troncos das árvores e possuem em sua morfologia uma estrutura fibrilar que pode reforçar os compósitos (resultado da união de vários materiais, com propriedades químicas e físicas diferentes), garantindo-lhes maior resistência.
Por definição, fibras são estruturas que têm uma razão elevada entre o comprimento e as dimensões laterais, e são compostas principalmente de macromoléculas lineares, orientadas longitudinalmente. Isso quer dizer que são estruturas longas, finas e lineares.
Figura 2 - Fibras de celulose
Fonte: Tissue online (2020).
Além do papel e do papelão, a celulose pode ser quimicamente modificada, gerando diferentes derivados, como aditivos em: materiais de construção, produtos farmacêuticos, cosméticos e alimentos. Essas fibras também podem ser apresentadas com características distintas quando estão em escala nanométrica, ou seja, quando são nanofibras. Neste último caso, elas são feitas a partir de madeira de reflorestamento (árvores de rápido crescimento), sobras de madeira e bagaço de cana, oferecendo diversas vantagens em relação a outras fibras não naturais, pois além de serem biodegradáveis, sua escala nanométrica (com 120 nanômetros de comprimento e um diâmetro de 6,5 nanômetros) possibilita uma maior superfície de contato, estrutura única, baixa densidade, além de resistência mecânica e térmica melhor do que outras fibras.
Figura 3 - Diferença de escala entre árvore, fibra de celulose e nanofibra de celulose
Fonte: Jornal da USP (2017).
Essas nanofibras podem ter diversas aplicações: tinta de impressora 3D, espumas e aerogéis, revestimento de folhas para impressões em papéis de alta qualidade, materiais ópticos, reforço de plásticos, cimentos, fabricação de filmes flexíveis transparentes, curativos, entre outros.
Nesse universo de possibilidades, destaca-se seu uso como tinta de impressora 3D, como a desenvolvida por cientistas dos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais - Empa, na Suíça.
Essas tintas de nanofibras são capazes de ter uma consistência elástica viscosa, podendo ser espremida através dos bicos da impressora, o que torna a tinta espessa para que o material impresso mantenha sua forma antes mesmo de secar. Por serem originadas de seres vivos, essas nanoestruturas se mostram biocompatíveis com o nosso organismo, evitando rejeição do nosso corpo. Por isso mesmo, a tinta 3D a base de nanocelulose poderá ser utilizada para criação de implantes e outras aplicações biomédicas.
Figura 4 - Impressão 3D de maxilares com tinta de nanofibra de celulose
Fonte: Inovação tecnológica (2017).
As nanofibras de celulose podem ser obtidas a partir de métodos biológicos, químicos, mecânicos, ou uma combinação desses. Um exemplo de método biológico é a obtenção da nanofibra de celulose a partir da excreção de bactérias específicas. No tratamento químico, retiram-se da celulose outras estruturas presentes na madeira, como a lignina, a hemicelulose e o extrativo. E, no método mecânico, tem-se o exemplo do desfibrilador Supermasscolloider.
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Ele é um equipamento formado por um disco estático e um disco rotativo que quebram a estrutura e as ligações da parede celular de celulose, separando as fibras e gerando as nanoestruturas. Assim, ao final obtém-se uma pasta de nanofibras de celulose que podem ser utilizadas de diversas formas, como as já citadas e muitas outras.
O mercado vem se tornando cada vez mais competitivo e, por isso, a busca por materiais cada vez mais próximos da excelência estão sendo desenvolvidos. A nanocelulose se destaca não apenas por possibilitar maior economia na produção industrial e melhor qualidade dos produtos: em função do grande universo onde pode ser aplicada, ela é capaz de proporcionar um futuro mais sustentável à humanidade.
Figura 5 - Moinho desfibrilador Supermasscolloider
Fonte: Marconi: Equipamentos para laboratórios e pesquisa (2019).
Fontes:
AS PESQUISAS com nanofibras de celulose avançam a passos largos. Marconi Equipamentos para Laboratórios Ltda, 2019. Disponível em: https://news.marconi.com.br/as-pesquisas-com-nanofibras-de-celulose-avancam-a-passos-largos/. Acesso em: 13 maio 2021.
CORRÊA, Ana Carolina. Preparação de nanofibras de celulose a partir de fibras de curauá para desenvolvimento de nanocompósitos poliméricos com EVA. 2010. 130 f. Tese (Doutorado) - Curso de Ciência e Engenharia de Materiais, Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de São Carlos: São Carlos, 2010.
BERNARDES, J. S da Impressão 3D de tintas à base de nanocelulose para produção de peças resilientes em meio aquoso. Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais - CNPEM/ Laboratório Nacional de Nanotecnologia - LNNano. São Paulo: 2021. Disponível em: http://pages.cnpem.br/pibic/wp-content/uploads/sites/52/2021/05/Impressao-3D-de-tintas-a-base-de-nanocelulose-para-producao-de-pecas-resilientes-em-meio-aquoso.pdf. Acesso em 02 Jun. 2021.
GRAEFF, C. Nanotecnologia, ciência e engenharia, 1 ed., São Paulo: Cultura Acadêmica, 2012.
NUNES, Tiago Filipe Gomes. Produção, Caracterização e Aplicação de Nanofibras de Celulose. 2014. 81 f. Dissertação (Doutorado) - Curso de Engenharia Química, Departamento de Engenharia Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade de Coimbra: Coimbra, 2014.
O QUE é celulose? Site Tissue Online, 2020. Disponível em: https://tissueonline.com.br/o-que-e-celulose/. Acesso em: 13 maio 2021.
MÓL, G, de S e. SANTOS, W. L. dos Química e Sociedade: a ciência, os materiais e o lixo, Química: coleção Nova Geração. São Paulo, Editora Nova Geração, 2003.
TINTA de madeira para impressoras 3D. Site Inovação Tecnológica. Seção Mecânica. Campinas - SP: 2017. Disponível em: https://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=tinta-madeira-impressoras-3d&id=010170170626#.YLT55ahKjIW. Acesso em: 13 maio 2021.