🧪 Espumas isolantes sem produtos tóxicos
As espumas de poliuretano são amplamente utilizadas para isolar edifícios, fabricar colchões ou proteger objetos durante o transporte. Sua estrutura leve e repleta de pequenas bolhas lhes confere excelentes propriedades isolantes. Para fabricá-las, os industriais geralmente usam dois ingredientes principais: um poliol e um polisocianato.
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Quando essas duas substâncias reagem, formam uma rede sólida de moléculas que constitui a ossatura da espuma. Ao mesmo tempo, os isocianatos também reagem com a água e produzem dióxido de carbono. Esse gás cria as bolhas que fazem o material se expandir enquanto o polímero se solidifica.
Os isocianatos desempenham, portanto, dois papéis essenciais: participam da formação do material sólido e produzem parte do gás que cria a espuma. Mas esses compostos também são conhecidos por sua toxicidade antes de reagirem, principalmente para a pele e as vias respiratórias. Sua utilização está, portanto, cada vez mais regulamentada.
Para encontrar uma alternativa, pesquisadores do Instituto Charles Sadron (CNRS), em colaboração com a empresa SOPREMA, estudaram uma outra reação química chamada reação de aza-Michael. Ela se baseia na reação entre dois tipos de moléculas, uma amina e um acrilato.
Esses dois líquidos reagem facilmente entre si, sem solvente ou catalisador. Sua reação forma progressivamente uma rede sólida de polímeros, comparável em sua função à das espumas de poliuretano. A vantagem é que nenhum isocianato é necessário.
No entanto, essa reação não produz dióxido de carbono. Para formar as bolhas características de uma espuma, os pesquisadores utilizam, portanto, um agente expansor chamado ciclopentano. Sob o efeito do calor da reação química, esse composto se evapora e cria as cavidades no material.
Todo o desafio consiste então em sincronizar dois fenômenos. A reação química deve liberar calor suficiente para evaporar o agente expansor, mas não muito rápido, para que a estrutura tenha tempo de se solidificar e prender as bolhas.
Para resolver esse problema, os pesquisadores imaginaram uma fabricação em duas etapas. Eles começam com uma pré-reação com um excesso de amina. Essa etapa permite controlar melhor a viscosidade da mistura, a velocidade da reação e o calor produzido.
Ajustando essa primeira etapa, a equipe conseguiu fabricar uma espuma rígida capaz de recuperar até 95% de sua altura depois de ter sido fortemente comprimida. A estrutura obtida apresenta majoritariamente células abertas.
O desempenho isolante ainda permanece um pouco inferior ao das melhores espumas comerciais. Mas os pesquisadores estimam que uma otimização da estrutura interna e dos agentes expansores poderia melhorar esses resultados.
Essa abordagem mostra que é possível fabricar espumas poliméricas rígidas sem usar isocianatos. A longo prazo, ela poderia permitir a produção de materiais isolantes mais seguros para a saúde e mais duráveis.