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Extração supercrítica elimina solventes

Quimica e Derivados
4 de Abril de 2001
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    Especialistas desenvolvem processo para extração de aglutinantes em moldagem de pós com fluidos em estado supercrítico de temperatura e pressão, substituindo o uso de solventes orgânicos tóxicos

    Química e Derivados: Extração: Extrator supercrítico usa dióxido de carbono como fluido.

    Extrator supercrítico usa dióxido de carbono como fluido.

    O processo de moldagem de pós por injeção (MPI) caracteriza-se pela obtenção de pequenas peças de alta complexidade e elevado valor agregado. Essas peças são praticamente impossíveis de se obter pela metalurgia convencional de pó. Exemplos são os brackets usados na ortodontia, peças complexas para armas, peças para implantes (de titânio, aço inoxidável e outros) em seres humanos. A técnica cresceu significativamente nos últimos cinco anos, com tendência de evoluir ainda mais, inclusive no Brasil.

    O processo MPI consiste, inicialmente, na preparação de uma carga injetável, denominada feedstock, composta de pó (metálico ou cerâmico) e um sistema aglutinante, denominado binder, normalmente composto de ceras e um termoplástico, em geral o polietileno. Essa carga vai a misturador, com temperatura acima do ponto de fusão dos componentes do sistema aglutinante, aproximadamente igual a 120°C. Uma vez homogeneizada a mistura, procede-se a injeção da carga em molde com a geometria da peça desejada, levando-se em conta as contrações que o material sofrerá na etapa de sinterização.

    Após a moldagem, a peça denomina-se peça verde (green part), pelo fato de ser frágil. A etapa posterior compreende a remoção do sistema aglutinante (ceras) com a finalidade de abrir canais internos na peça que facilitem a saída do polímero durante o posterior aquecimento.

    Essa remoção de sistema aglutinante (debinding) normalmente tem sido feita por imersão em solventes químicos orgânicos, altamente tóxicos. Com o objetivo de eliminar o uso desses solventes, foram desenvolvidas pesquisas pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) com o uso da extração supercrítica.

    Por meio do emprego de um fluido em condições supercríticas, nas quais se reúnem as boas propriedades de uma substância no estado líquido e no estado gasoso, simultaneamente, é possível remover essa ceras e até reaproveitá-las no processo de moldagem.

    Durante a remoção de aglutinantes em sistemas compreendendo mais de um componente, cabe aos remanescentes manter as dimensões das peças verdes para a realização das etapas posteriores.

    Removidas as ceras, a peça é levada para tratamento térmico denominado sinterização, para promover a ligação final entre as partículas, sem recorrer à fusão, ou seja, sem a presença da fase líquida. A sinterização confere as propriedades mecânicas finais da peça.

    Química e Derivados: Extração: grafico04.Há vários tipos de remoção de aglutinantes, destacando-se a extração por via térmica simples, denominada debinding térmico, a extração térmica na presença de substrato poroso, chamada wicking debinding, ou por ação de solvente líquido, dita debinding químico.

    Na remoção térmica simples, os constituintes do sistema aglutinante são extraídos por mecanismos de permeação e difusão controlada, mediante o fornecimento de calor ao sistema. Esse tipo de extração exige o emprego de taxas muito lentas de aquecimento, sob pena de desmoronamento da peça injetada.

    Na remoção térmica em substrato poroso, tem-se a retirada dos aglutinantes por capilaridade. Aqui a peça injetada é aquecida, de forma que um dos constituintes adquira fluidez suficiente para escoar pelos estreitos canais do substrato. Entre os materiais usados como substrato estão alumina, zircônia e grafite, exigindo-se, geralmente, que o diâmetro médio das partículas da massa do leito de pó seja menor que o diâmetro médio das partículas de pó metálico da massa injetada.

    Com relação à extração por solvente tem-se a imersão do injetado em um fluido orgânico que solubiliza alguns dos componentes do sistema aglutinante, denominado binder, removendo-os da peça verde, deixando canais abertos, remanescentes, que possibilitarão a remoção térmica posterior dos componentes menos voláteis. O solvente pode ainda ser aquecido, proporcionando a extração química termicamente assistida.

    Química e Derivados: Extração: grafico05. Observa-se que os processos de remoção térmica usados em peças moldadas provoca muitos problemas de natureza prática às peças finais. No caso específico da remoção térmica de aglomerantes do estado líquido (wicking debinding), a sua utilização pela indústria é praticamente inviável.

    Com relação ao debinding químico, é importante considerar que os solventes empregados são orgânicos e tóxicos, sendo freqüente a geração de defeitos no sistema aglutinante decorrentes da agressividade dessas substâncias.

    Estudo avançado – O Laboratório de Metalurgia do Pó, pertencente ao Laboratório de Transformação Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LdTM/UFRGS), reconhecido internacionalmente pelos trabalhos realizados na área de metalurgia do pó desenvolvidos pelo professor Lirio Schaeffer, vem, desde 1997, dedicando-se ao estudo do processo de moldagem de pós por injeção (MPI). A partir de meados de 1999, passou a dedicar-se à pesquisa da técnica de extração supercrítica, em trabalho conjunto com o professor Júpiter Palagi de Souza, do Laboratório de Extração do Instituto de Ciência e Tecnologia de Alimentos (Labe/UFRGS) e com os engenheiros Eduardo Cristiano Milke e Marcelo Rei, estudantes de doutorado da mesma universidade.


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    1. Mt bom e explicativo! Parabens



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