Grafite esfoliado e reorganizado para revestimentos antichamas não intumescentes

• Patentes: US‑11673103‑B2 e BR 13 2018 071415 4 E2.
• Base tecnológica: dispersões aquosas de grafite e celulose.
• Mecanismo: dissipação térmica, radiação de calor e barreira física ao oxigênio.
• Aplicação: revestimentos aderentes para madeira, tecido e outros substratos combustíveis.

1. O que é a tecnologia ERG®

ERG é a sigla de Exfoliated and Reassembled Graphite, ou grafite esfoliado e reorganizado. O ERG é um material bidimensional macroscópico obtido pela secagem de dispersões aquosas contendo grafite e celulose sobre substratos como madeira, papel, tecido e materiais lignocelulósicos. A tecnologia combina uma formulação processável como tinta com uma microestrutura de grafite reorganizado capaz de modificar profundamente a forma como o calor se propaga pela superfície protegida.

A tecnologia é uma plataforma patenteada. As patentes US‑11673103‑B2 e BR 13 2018 071415 4 E2 são ativos tecnológicos associados ao desenvolvimento e à aplicação de revestimentos baseados em ERG.

2. Como a celulose transforma grafite em ERG

O ponto-chave do artigo é o papel multifuncional da celulose. Em meio alcalino aquoso, a celulose facilita o molhamento, a dispersão e a esfoliação de partículas de grafite. Durante a secagem, essas partículas esfoliadas se reorganizam sobre o substrato, formando um filme coeso e aderente. A celulose não atua apenas como aditivo: ela funciona como dispersante, esfoliante, agente coesivo e adesivo.

Figura 1 — Micrografias de transmissão eletrônica das dispersões secas de celulose e grafite.

A imagem mostra lamelas finas de grafite/graphene sobrepostas e parcialmente conectadas por domínios atribuídos à celulose. Os painéis c e d evidenciam filmes finos de celulose ligados às laterais e superfícies das lamelas. Essa observação sustenta a descrição do ERG como um material formado por grafite esfoliado, estabilizado e reorganizado por celulose.

3. Formulação aquosa com comportamento industrial de tinta

Para uma tecnologia antichamas ser útil comercialmente, não basta que o material funcione em laboratório. Ele precisa ser aplicável por processos compatíveis com a indústria de tintas. As dispersões de grafite e celulose são visualmente estáveis, não formam coágulos e podem apresentar diferentes regimes reológicos conforme a composição. Esse comportamento permite ajustar a formulação para diferentes técnicas de aplicação e espessuras.

Figura 2 — Viscosidade em função da taxa de cisalhamento para dispersões ERG a ERG-e.

O gráfico demonstra que a viscosidade pode variar em várias ordens de grandeza conforme a formulação. Algumas dispersões apresentam comportamento praticamente newtoniano, enquanto composições mais concentradas mostram afinamento sob cisalhamento. A foto dos frascos após 16 h sem perturbação reforça a estabilidade coloidal, sem sobrenadante claro.

4. Arquitetura lamelar: por que a microestrutura importa

A eficiência antichamas do ERG não deriva apenas da presença de grafite, mas da forma como o grafite é reorganizado no filme seco. As micrografias de varredura mostram a coexistência de grafite e celulose, a presença de celulose na interface com o substrato e o alinhamento horizontal das lamelas reorganizadas. Esse alinhamento é decisivo para a condução térmica no plano da superfície e para a formação de uma barreira física contra a difusão de oxigênio.

Figura 3 — Micrografias de varredura do revestimento ERG aplicado ao substrato.

O painel a mostra a superfície do revestimento; os painéis b e c mostram cortes transversais; o painel d mostra uma vista inclinada. A imagem permite visualizar a estrutura em camadas: lamelas de grafite reorganizadas paralelamente à superfície, formando um filme 2D coeso, aderente e termicamente funcional.

5. Da microestrutura ao mecanismo antichama

O mecanismo proposto é distinto do mecanismo das tintas intumescentes. O ERG protege porque transfere calor para longe da região diretamente exposta à chama, por condução e radiação. Ao reduzir a concentração de calor no ponto atacado, o revestimento diminui a pirólise do substrato, reduz a liberação de gases inflamáveis e dificulta a manutenção da chama.

A morfologia do filme também contribui para a proteção: as partículas planas de grafite reconstituído atuam como barreira para o acesso de oxigênio ao substrato. Além disso, o grafite é anisotrópico, sua condutividade térmica no plano molecular é muito maior que na direção normal ao plano. Essa anisotropia favorece exatamente o comportamento desejado em um revestimento superficial: espalhar calor lateralmente.

6. Espessura, cobertura e desempenho

A Figura 4 conecta a formulação à aplicação prática, mostra que a espessura do revestimento pode ser controlada por diluição ou por aplicação de camadas sucessivas. Os testes preliminares indicaram que a proteção contra propagação de chama aparece quando a espessura do revestimento supera aproximadamente 250 µm. Isso oferece um critério técnico para orientar especificações de aplicação, equilibrando consumo, cobertura e desempenho.

Figura 4 — Espessura do revestimento versus cobertura obtida por massa ou volume de tinta. A faixa destacada no gráfico indica a região de bom desempenho contra fogo.

7. Sustentabilidade e escalabilidade

O artigo destaca que o ERG é produzido a partir de matérias-primas abundantes, utilizando dispersões aquosas e processos compatíveis com equipamentos convencionais da indústria de tintas. A conclusão do trabalho descreve o produto como zero-VOC, com fabricação gerando quantidades mínimas de resíduos que podem ser compostados ou reciclados. Essas características reforçam a proposta de uma tinta antichamas de alto desempenho com menor complexidade ambiental e industrial.

Referência científica

SANTOS, L. P.; DA SILVA, D. S.; MORARI, T. H.; GALEMBECK, F. Environmentally Friendly, High-Performance Fire Retardant Made from Cellulose and Graphite. Polymers, v. 13, n. 15, p. 2400, 2021. DOI: 10.3390/polym13152400.