Defining co-medication

A dispersão de nanotubos de carbono na matriz é complexa, devido à elevada área superficial específica das nanopartículas e devido às forças de Van der Waals que levam a formação de aglomerados (FERRO et al., 2011). Os métodos de dispersão de nanotubos de carbono em matrizes cimentícias, reportados na literatura, compreendem métodos de agitação mecânica e de tratamento da superfície dos nanotubos de carbono.

Conforme Bharj et al. (2014), a agitação mecânica por ultrassom promove ondas ultrassônicas que são transmitidas para a solução contendo água (deionizada) e nanotubos de carbono, produzindo compressão e expansão alternadas. Bolhas microscópicas são criadas durante esse processo e aumentam em volume até que sejam violentamente implodidas. A energia total produzida pelo colapso das bolhas é extremamente elevada e capaz de romper a aglomeração dos nanotubos de carbono e distribuir uniformemente os feixes de nanotubos na água deionizada. Entretanto, a agitação mecânica por meio de ultrassom (sonicação) produz apenas uma dispersão temporária, e dessa forma, o método tem sido usado em conjunto com tratamentos químicos (CHEN et al., 2011).

Os métodos químicos de dispersão dos nanotubos de carbono consistem, tanto em tratamentos físicos (não covalentes) quanto em tratamentos químicos (covalentes), realizados de forma a promover modificações na superfície dos nanotubos. No tratamento covalente, agentes agressivos tais como ácidos puros (principalmente H2SO4 e HNO3) são frequentemente empregados para funcionalizar a superfície dos nanotubos de carbono. Após a inserção de grupos funcionais na superfície, tais como grupos carboxílicos (-COOH), os nanotubos de carbono se tornam menos propensos à aglomeração. Entretanto, a funcionalização pode introduzir defeitos estruturais, resultando em propriedades inferiores para os nanotubos de carbono tratados. Segundo Abu Al-Rub et al. (2012), o aumento do

grau de funcionalização por meio da relação entre as concentrações do ácidos nítrico e sulfúrico poderá prejudicar o desempenho dos nanofilamentos. Quando a concentração do ácido sulfúrico é aumentada, a superfície dos nanotubos de carbono se torna mais rugosa. Esta rugosidade é que permite o crecimento de grupos funcionais nas superfícies dos nanotubos de carbono. Contunto, quanto maior a rugosidade, menor a resistência mecânica do nanofilamento. Outro efeito negativo do ácido sulfúrico é sua habilidade de dissolver ao longo da seção transversal dos nanofilamentos, reduzindo seu comprimento, e consequentemente, reduzindo a razão de aspecto do nanofilamento.

Diferentemente do tratamento covalente, os métodos não covalentes são particularmente atrativos, uma vez que grupos químicos dispersantes são introduzidos na superfície do nanotubo de carbono, sem, contudo, deteriorar as ligações covalentes fortes do tubo treliçado, preservando as propriedades do nanotubo de carbono. Segundo Souza Filho e Fagan (2007), a região hidrofóbica dessas moléculas interagem com a superfície dos nanotubos, o que desfaz a interface hidrofóbica entre nanotubos de carbono e água, além da interação tubo-tubo devido às forças de Van der Walls, que é a responsável pela agregação dos nanotubos de carbono em feixes. Assim, as micelas formadas por surfactantes e nanotubos de carbono produzem dispersões estáveis em meio aquoso. A combinação de tratamento não covalente da superfície, com o uso de surfactantes ou polímeros, e agitação mecânica podem ser utilizadas na preparação de soluções aquosas e orgânicas contendo uma alta fração em massa de nanoutubos dispersos (Vaisman et al. 2006).

De acordo com Chen et al. (2011), embora possam ser encontrados muitos estudos relacionados com a dispersão dos nanotubos de carbono em meios aquosos, poucas publicações são encontradas com foco na dispersão de nanotubos em soluções aquosas misturadas em pastas de cimento Portland. Dentre esses estudos, a maioria tem utilizado um surfactante como agente dispersante com a assistência da agitação mecânica por ultrassom.

Konsta-Gdoutos et al. (2010) mostraram que a adição de um surfactante (o tipo de surfactante não foi informado pelos autores) em uma proporção de 4:1 em relação a massa de nanotubos de carbono de paredes múltiplas, seguida de agitação mecânica por ultrassom, produziu uma dispersão adequada dos nanotubos em uma argamassa de cimento Portland, para frações de adição de nanotubos em relação a massa de cimento de 0,048% e 0,08%. A Figura 3.9 exibe as imagens de microscopia eletrônica da superfície de fratura das amostras reforçadas com 0,08% (em relação à massa de cimento) de nanotubos

de carbono curtos (comprimento: 10 – 30 µm) e longos (10 – 100 µm); respectivamente. Conforme apontado pelos autores, os nanotubos apresentaram-se bem dispersos na argamassa de cimento e somente nanotubos individuais podem ser identificados na superfície de fratura.

Figura 3.10 – Imagens de Microscopia eletrônica da superfície de fratura de compósitos fabricados com 0,08% de nanotubos curtos (a) e longos (b). Fonte: adaptado de Konsta-Gdoutos et al. (2010).

Diferentes tipos de surfactantes foram utilizados por Luo et al. (2009) para estudar a estabilização de nanotubos de carbono de parede múltiplas dispersos em argamassa de cimento. Os surfactantes utilizados incluíram um surfactante do tipo aniônico, dodecilbenzeno-sulfonato de sódio (C12H25C6H4SO3Na); o deoxicolato de sódio biológico (NaDC, C24H39NaO4); Triton X-100 (Tx10) ((C8H17C6H4(OCH2CH2)10OH), um surfactante do tipo não iônico; goma arábica natural (mistura de polissacarídeos); e o CTAB, cetiltrimetilamonio de bromo (C16H33(CH3)3NBr), um surfactante do tipo catiônico. O procedimento de fabricação das amostras consistiu nos seguintes passos: inicialmente, os diversos surfactantes foram adicionados com uma fração em massa de 2% em relação à massa de água destilada, cuja quantidade em relação a massa de cimento foi de 40% (fração em massa). Os nanotubos foram adicionados na solução aquosa na fração de 0,2%, também em relação a massa total de cimento. A solução foi mantida intacta por um período de 30 minutos para garantir a absorção suficiente dos surfactantes na superfície dos nanotubos de carbono. Posteriormente, o cimento foi adicionado e após o processo de mistura, a massa foi vazada nos moldes obtendo-se as amostras para os ensaios mecânicos, de condutividade elétrica e microscopia. Observações microscópicas demonstraram que os surfactantes combinados (dodecilbezeno-sulfonato de sódio e Triton X-100) produziram uma dispersão uniforme dos nanotubos de carbono na matriz cimentícia, ao mesmo tempo que os nanotubos foram recobertos pelo cimento formando uma rede. Os resultados dos ensaios mostraram que, comparado ao cimento sem o reforço com os nanotubos de carbono, as amostras apresentaram um aumento significativo em ambas as

Nanotubos curtos (0,08% em massa)

Nanotubos longos (0,08% em massa)

propriedades mecânicas e elétricas avaliadas. O aditivo NaDC produziu compósitos com maiores valores de resistência à flexão e compressão, seguido pelo surfactante composto de dodecilbenzeno-sulfonato de sódio misturado com o Tx10, em uma proporção de 3:1. Entretanto, em relação ao teste de condutividade elétrica o melhor resultado foi obtido utilizando-se a mistura de dodecilbenzeno-sulfonato de sódio e Triton X-100, seguido do primeiro surfactante quando aplicado isoladamente.

Além de surfactantes, dispersantes a base de polímeros, por exemplo, ácido poliacrilico e polieletrolito, foram também estudados por Jiang et al. (2006) e Wille e Loh (2010) na dispersão de nanotubos de paredes múltiplas com matriz cimentícia. Esses dispersantes poliméricos mostraram eficiência de dispersão diferentes. Entretanto, segundo Chen et al. (2011), embora a dispersão dos nanotubos possa ser obtida por surfactantes ou polímeros, é necessário levar em conta a compatibilidade dos dispersantes com o cimento Portland. Neste sentido, candidatos atrativos como dispersante de nanotubos são os aditivos de cimento devido a sua boa compatibilidade com o cimento Portland. Makar (2011) estudou a dispersão de nanotubos de parede única com diferentes aditivos de mistura, sendo que o sal poli-naftaleno sulfonato de sódio (um tipo de superplastificante) apresentou um efeito significativo na dispersão estável dos nanotubos. Segundo Han et al. (2012), embora o uso de dispersantes existentes, tais como o dodecilsulfato de sódio, dodecilbenzeno sulfonato de sódio e metilcelulose sejam eficientes para dispersar nanotubos de carbono em matrizes cimentícias, existem problemas de compatibilidade entre os dispersantes e a matriz de cimento. Tais dispersantes apresentam efeitos negativos na hidratação do cimento, podendo causar redução das propriedades mecânicas de compósitos cimentícios. Desta forma, o método ideal para dispersar os nanotubos de carbono é a utilização de um superplastificante, uma vez que é um componente comumente utilizado em compósitos cimentícios. Conforme mostrado por Makar (2011), o superplastificante a base de policarboxilato é capaz de dispersar eficientemente os nanotubos de carbono na pasta cimentícia, sem a utilização de um dispersante adicional.

3.5.2 Hidratação dos compósitos de matriz cimentícia reforçada com nanotubos de