O papel dos nanomateriais na construção sustentável

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centro tecnológico da cerâmica e do vidro | coimbra | portugal

27-04-2012

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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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27-04-2012

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

n h e c i m e n t o e m M a t e r i a i s e C o n s t r u ç ã o n h e c i m e n t o e m M a t e r i a i s e C o n s t r u ç ã o

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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 < 1₀ n_m

1 nm = 10

-9

m

1 m

m = 10

3 nm

1

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À escala nano…

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Nanotecnologia na construção sustentável

•Novas soluções construtivas

•Novos Materiais/Produtos

 Eficiência energética dos edifícios

cerca de 40% do consumo energético mundial

 Zero emissões de CO

₂

> 40% das emissões globais



Selecção de materiais

 Qualidade do ambiente interior

 Gestão da água

A caminho dos edifícios

verdes

N

ano

Propriedades

_Performance

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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.

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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/

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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

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TiO

₂

– Fotocatálise e Aplicações

Materiais fotocatalisadores: TiO

₂

, ZnO, CeO

₂

, ZrO

₂

, SnO

₂

, 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

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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

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Materiais cerâmicos de revestimento

9PRP 9PRP-05R1-AS 9PRP-10R1-K_9PRP-10R2-K 9PRP-10R3-K 1350ºC 1375ºC 52 83 89 94 100 27 40 62 66 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 R e s is tê n c ia M e c â n ic a à F le x ã o ( M P a )

Influência da incorporação de refroço sobre as propriedades mecânicas da pasta

0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000 Diâmetro da partícula (mm) % Mate rial ret ido 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

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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

D

ifer

enciação

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Produção de energia

• Sistemas fotovoltaícos com elevado nível de integração arquitectónica.

• BIPV “Building Integrated Photovoltaics”

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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

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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.

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Microsite

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

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