Rheological Modifiers Based on Cellulose Nanoparticles Applied in Additive Manufacturing (3D Printing) of Geopolymers

• Grant number: 19/08081-6
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: May 01, 2019
• End date: October 31, 2019
• Field of knowledge: Engineering - Materials and Metallurgical Engineering
• Principal Investigator: Saionara Vilhegas Costa
• Grantee: Lucas Aparecido Rezende Ercolini
• CNAE: Serviços de engenharia ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 18/07930-7 - Rheological modifiers based on cellulose nanoparticles applied in additive manufacturing (3D printing) of geopolymers, AP.PIPE

Abstract

O termo geopolímero delimita uma família de materiais poliméricos inorgânicos com elevada resistência à compressão, resistência ao fogo e a elevadas temperaturas, elevada resistência ao ataque ácido, capacidade de imobilizar íons pesados e baixa temperatura de cura, sintetizados por meio de reações químicas nas quais minerais como a sílica e a alumina podem reagir com Me2SiO3 (Me - Na ou K) ou H3PO4 para formar compostos com ligações Si-O-Al-O ou Si-O-P-O-Si [1]. As excelentes propriedades dos geopolímeros atraíram a atenção de pesquisadores da área de refratários, concretos especiais e biomateriais [2,3,4] dentre outras, em escala global. Por força do rápido crescimento da fabricação de cerâmicos por manufatura aditiva e do reconhecimento das potencialidades dos geopolímeros, a técnica passou a ser considerada uma rota com grande potencial comercial para a fabricação de produtos geopoliméricos [5-9]. A viabilidade dessa rota de processamento, porém, depende da habilidade em modificar e controlar as propriedades reológicas das suspensões geopoliméricas. A suspensão ideal para manufatura aditiva direta é um fluido tixotrópico com baixa tensão de escoamento inicial e viscosidade que decresce com o aumento da taxa de cisalhamento. Desse modo, a suspensão pode ser facilmente conformada por extrusão a pressões relativamente reduzidas e ao mesmo tempo reter a forma após a deposição. Esse comportamento pode ser desenvolvido em suspensões com materiais particulados por meio de aditivos modificadores de escoamento, como ligantes e plastificantes poliméricos. Dentre os diversos polímeros utilizados na indústria e em laboratórios de pesquisa, a celulose de origem vegetal se destaca como o polímero renovável e biodegradável mais abundante da Terra [10,11]. As potencialidades da nanocelulose na área da manufatura aditiva foram comprovadas em várias pesquisas recentes [12-14]. O resultado esperado neste projeto de pesquisa é a definição da relação entre as características da nanocelulose e o seu desempenho como modificador reológico de suspensões geopoliméricas.