O papel dos nanomateriais na construção sustentável · centro tecnológico da cerâmica e do...

centro tecnológico da cerâmica e do vidro | coimbra | portugal

27-04-2012

| 1 | 27-04-2012

O papel dos nanomateriais na construção sustentável

Luc Hennetier Unidade de Novos Materiais e Aplicações

www.ctcv.pt/nma.html

Seminário “Novos materiais e sistemas para a sustentabilidade”

Coimbra - Portugal, 19 de Abril 2012

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a Unidade de Novos Materiais e Aplicações

Investigação, desenvolvimento e inovação industrial (I+D+i) Tecnologia e Ciência de Materiais

Serviços

•Serviço de desenvolvimento e optimização de materiais, produtos e processos produtivos

• Desenvolvimento de soluções de conformação de materiais cerâmicos e metálicos, nomeadamente em processos de moldação por injecção

• Inovação em materiais cerâmicos de elevado desempenho e de características multifuncionais

• Caracterização de materiais e matérias-primas.

ccMCs : Laboratório de Desenvolvimento de Materiais e Produtos (Nanoestruturados)

• Inovação e desenvolvimento tecnológico em materiais e produtos na esfera do Habitat (I+D+i)

• Ensaios de validação de produtos

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Terminologia

Materiais nanoestructurados

Materiais que apresentam pelo menos um componente com uma ou mais dimensões < 100 nm

Nanopartícula

Partícula cuja dimensão característica (diâmetro) é inferior a 100 nm.

Materiais Nanocristalinos

Materiais altamente cristalinos, com tamanho médio dos cristais (grãos) entre 1 e 10 nm.

NANOGRÃO

NANOPARTÍCULA

< 100 nm

< 1

0 n

m

1 nm = 10-9 m 1 mm = 103 nm

1


À escala nano…

Nanotubes de carbono


Nanotecnologia na construção sustentável

•Novas soluções construtivas •Novos Materiais/Produtos

Eficiência energética dos edifícios cerca de 40% do consumo energético mundial

Zero emissões de CO2

> 40% das emissões globais

Selecção de materiais Qualidade do ambiente interior Gestão da água

A caminho dos edifícios verdes

Nano Propriedades Performance

Funcionalidades


Áreas de actuação na construção sustentável

1. Processos de produção de materiais

Produção de materiais e produtos através de processos melhorados com vista à:

Eficiência energética : redução do consumo de energia.

Redução das emissões de gases nocivos.

2. Novos materiais e compósitos

Redução do consumo de matérias-primas.

Durabilidade dos produtos.

3. Desenvolvimento de produtos com desempenho melhorado

4. Funcionalidade

Desenvolvimento de produtos dotados de novas propriedades

adicionais induzindo novas funções.

Funcionalização de superfícies.


Áreas de aplicação da nanotecnologia na construção

Produtos Revestimentos e tintas Pavimentos e revestimentos Cimentos e argamassas Cobertura Vidro Materiais de isolamento térmico

e acústico

Funções Resistência mecânica Conforto térmico. Energias renováveis Higiene Manutenção

http://www.nanoatconstrucao.org/


Cimentos e argamassas

Função/Propriedades Materiais Aplicação

Resistência mecânica

Sílica amorfa

Nano-SiO2

Compactação do cimento

Aumento da resistência à compressão

Nanotubos de Carbono

CNTs

Compactação do cimento

Aumento da resistência à compressão

Resistência à propagação de fissuras

Estruturas mais leves

Fotocatalítico (hidrofilicidade + degradação de compostos orgânicos)

Titânia

TiO2

Auto limpeza, eliminação de poluentes (NOx,COVs)

Anti-corrosão NanoCSH (Crystal Speed Hardening) Aceleradores de presa

Aumento a resistência

Regulação térmica PCMs (Phase Change Material) Armazenamento de energia térmica

Incorporação de microcápsulas

• Produção de cimento e argamassas ---> efeito de estufa.

• Incorporação de nanomateriais na massa em volume.

• Objectivo da incorporação de aditivos baseados nanomateriais:

• Estruturas mais leves

• Aumento das propriedades mecânicas.

• Durabilidade

• Estética

Crystal Speed Hardening™ concept from BASF accelerates concrete hardening EMACO Nanoconcrete


TiO2 – Fotocatálise e Aplicações

Materiais fotocatalisadores: TiO2, ZnO, CeO2, ZrO2, SnO2, CdS, ZnS

TiO2

Fotocatalítico

HIDROFÍLICO DECOMPOSIÇÃO

Antibacteriano Anti-embaciante Purificação

da água

Anti-manchas Anti- fungos

Decomposição de gases nocivos

Vidro Espelho

Telhas Vidro Paredes exteriores Revestimentos Tecidos (tendas)

Purificação do ar Janelas Lâmpadas Frigoríficos Cimento Revestimentos

Telhas Revestimentos Tecidos Louça sanitária

Tratamento de águas


Revestimentos

• Processos de deposição de uma camada/revestimento que contém o agente activo sobre superfícies de edifícios e/ou produtos.

• Tipo de aplicação:

Em obra nova ou já existente: pulverização, projecção, pintura (tintas)

Incorporação ou deposição na superfície dos materiais de construção, permitindo nomeadamente a implementação de soluções mais douradoras.

Funcionalidades

anti-congelante • anti-embaciante • anti-mancha e anti-grafiti• anti-poluente • anti-risco • autolimpeza • conductividade electrica • electrocrómico • fotovoltaíco • isolamento e regulação térmica • termocrómicos

Materiais/Produtos

Metais • plásticos • cerâmicos • vidros • cimento • compósitos • pedra • tintas

Nanomateriais

TiO2 • Sílica amorfa • PCMs •ZrO2 • Ag • CNTs •CeO2 • Aerogel •…


Materiais cerâmicos de revestimento

9PRP9PRP-05R1-

AS 9PRP-10R1-K9PRP-10R2-K

9PRP-10R3-K

1350ºC

1375ºC

52

8389 94

100

2740

62 66

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

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Influência da incorporação de refroço sobre as propriedades mecânicas da pasta

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Diâmetro da partícula (mm)

% M

ate

rial re

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AC44B4 virgem

f = 0,5 mm

f = 3 mm

Produção de nanopartículas por Moagem de Alta Energia.

Desempenho mecânico de formulações em função do tipo de incorporação, quantidade e temperatura

de cozedura

Novos Materiais e Produtos Desenvolvimento de micro/nanopartículas para incorporação em formulações cerâmicas em função do desempenho desejado.

Redução de consumos energéticos Redução de consumo de matérias-primas

Reabilitação de interiores com ladrilhos de espessura reduzida


Materiais cerâmicos de revestimento

Multifuncionalidade - valor acrescentado para o utilizador e para o ambiente

Cerâmica avançada com propriedades:

1. Fotovoltaica – produção de energia

2. Sensitiva

3. Acumuladora térmica

4. Purificação do ar

5. Antibacteriano

6. Autolimpante

7. Fácil limpeza e manutenção

8. Controlo de humidade

9. Redução de odores

10.Termocrómica

11.(…)

Integração de funções

Dife

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Produção de energia

• Sistemas fotovoltaícos com elevado nível de integração arquitectónica.

• BIPV “Building Integrated Photovoltaics”

Edifício Solar XXI - Lisboa


Projecto de I&DT de empresas em Co-Promoção

Período de execução: de 2009-2011.

Desenvolvimento, à escala laboratorial, de protótipos multifuncionais de produtos cerâmicos fotovoltaicos integrados, de elevada eficiência, para revestimentos de edifícios (telhas e revestimentos exteriores de fachada) que incorporem, de raiz e por deposição, filmes finos fotovoltaicos. Contribuir para um novo tipo de arquitectura de edifícios, que inclua o eco-design, fachadas e coberturas de edifícios baseados em materiais cerâmicos que conjugam as funções de revestimento, estética e de produção de energia. Utilização de filmes finos do tipo silício nanocristalino ou polimorfo, introduzindo inovação ao nível da tecnologia solar fotovoltáica.

www.solar-tiles.eu

Protótipos 10x10cm - escala laboratorial Protótipos de telhas fotovoltaicas e revestimentos 60 x 60 cm - escala pré-industrial

LH

http://www.coelhodasilva.pt/index.php


Revestimentos cerâmicos autolimpantes

SelfClean –Projecto de I&DT de empresas em Co-Promoção

Período de execução: de 01/10/11 a 30/09/2013.

Desenvolvimento de tecnologia de revestimentos cerâmicos exteriores com propriedades autolimpantes, de elevada

eficácia e durabilidade.

Tecnologia de deposição dos materiais funcionais, sob a forma de micro/nanopartículas com propriedades fotocatalíticas e hidrófilas (fácil deslizamento da água na superfície), promovendo a actividade oxidantes (não proliferação de fungos) e resultando na propriedade de autolimpeza e purificação do ar (redução de Nox)

-> Perenidade da função estética dos produtos cerâmicos e de pedra natural utilizados como materiais de construção.

-> Redução dos custos ligados às limpezas/substituição de materiais com níveis de sujidade elevado.

LH


Microsite

http://www.ctcv.pt/nma.html

HJ

http://www.ctcv.pt/nma.html


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