3.1. Materiais

Os materiais utilizados foram: nanotubos de carbono (CNT), aditivo superplastificante, água destilada, goma arábica e lauril éter sulfato de sódio.

No caso de goma arábica, o fabricante não forneceu dados de caracterização química e mecânica, portanto, não é apresentada neste trabalho. O lauril sulfato de sódio Éter é basicamente um produto químico cuja fórmula é CH₃(CH₂)10CH₂(OCH₂CH₂) nOSO₃Na. Ambos os materiais já haviam sido pesquisados por ^{Ibarra et al. (2006)} e ^{Metaxa et al. (2012)}, respectivamente, que obtiveram bons resultados de dispersão. Os nanotubos de carbono utilizados nesta pesquisa foram adquiridos da empresa Nanocyl SA, localizada na Bélgica. O valor pago pelo produto em pó foi de 120 euros por quilo. Estes são os nanotubos de carbono de paredes múltiplas sintetizados pelo método de deposição de vapor químico, também chamado de CVD. Comercialmente os produtos são especificados com os nomes NC 7000 para a forma de pó e AQUACYL 0301, ao que já foi disperso em água. Ambos os casos foram utilizados neste estudo.

As Tabelas 2 e 3 mostram as informações físicas e químicas dos nanotubos de carbono utilizados neste estudo.

Para realizar o experimento, foi utilizado um superplastificante com base de policarboxilato. Policarboxilatos são macromoléculas utilizados como dispersantes em composições cimentícias de alta eficiência, reduzindo a viscosidade das suspensões e minimizando a quantidade de água utilizada para o processo (^{Mehta; Monteiro, 2013}).

O aditivo usado no experimento consiste num polímero de éter carboxílico modificado com uma concentração de sólidos de aproximadamente 49 %. O produto atende aos requisitos da norma ^{ASTM C 494/2013 (tipo A e F) (2013)}, ^{ASTM 1017/2007 (2007)}, ^{NBR 11768/2011 (2011)}. Algumas das suas propriedades podem ser vistas na Tabela 4.

3.2 Procedimento para preparação da dispersão dos NTC

Figura 1-A mostra a pesagem de nanotubos utilizando uma balança eletronica com uma precisão de 0,001 g. Em todos os casos, a percentagem de 0,3 % em relação ao total de água adicionada foi mantida. As misturas foram feitas em tubos de ensaio, que foram agitadas num agitador mecânico (Figura 1- b, e a Figura 1- C, após agitação). Como passo seguinte, as soluções em tubos de ensaio foram sujeitas a sonicação num dispositivo deultra-som de bancada, da marca Thornton Ltd., com uma frequência nominal de 40 kHz e 100 W de potência (Figura 1- d).

As amostras permaneceram no ultra-sons durante 1 hora. Isto foi determinado com base numa análise visual que indicou que após 60 minutos, as amostras não apresentaram alterações em relação tonalidade e turbidez e não mostrou nenhuma decantação depois de um tempo de repouso de 24 horas, conforme explicado na secção 3.3.

3.3. Definição do tempo de sonificação das amostras

Esta parte do estudo foi destinada a determinar o tempo de permanência das soluções aquosas, com NCT, no ultra-som. Assim, as dispersões foram efetuadas usando os tempos de 10, 20, 40 e 60 minutos no ultra-som. O objetivo foi definir um tempo de sonicação que iria gerar uma mínima incidência de decantação na dispersão após 24 horas em repouso. A Figura 2 é um exemplo de comparação de decantação após 24 horas e durante 40 minutos de sonicação.

O resultado desta comparação é mostrado na Tabela 5 e indica que os tempos de sonicação de 40 e 60 minutos foram aqueles com menor ocorrência de decantação. Assim, decidiu-se que este estudo teria procedimento padrão para fixar um tempo de 60 minutos para a apresentação de sonicação.

3.4. Uso da microscopia para avaliação da decantação

Depois de preparar as dispersões de amostras, elas foram analisadas num microscópio óptico de reflexão da marca Olympus, modelo BX60 equipado com uma câmara digital Olympus UC 30 que pode ser observado na Figura 3. As imagens foram feitas com diferentes ampliações (50x, 100x e 200x) com iluminação incidindo de baixo para cima.

As amostras foram recolhidas a partir do tubo de ensaio, imediatamente depois da preparação, antes da decantação dos nanotubos de carbono e dispostas em placas de vidro com a ajuda de uma pipeta, gotejando uma gota em cada placa. Em todos os ensaios foi utilizada a incidência de iluminação a partir de baixo, a fim de examinar a transparência e turbidez da amostra.

3.5 Critério de avaliação

Três critérios para avaliação da dispersão de nanotubos de carbono foram utilizados neste estudo. A turbidez, o diâmetro dos aglomerados e decantação. A explicação de cada um destes critérios é apresentada a seguir.

4.1. Avaliação das fotos de microscopia

Na Figura 5 a 16, é possível ver as fotos tiradas no microscópio que foram utilizados para análise de turbidez e de tamanho de grumos formados. Elas têm ampliações de 50x, 100x e 200x, que podem ser visualizadas nas imagens A, B e C -, respectivamente. Para padronização das imagens, todas as fotografias foram feitas usando como referência uma das bordas da gota colocada sobre a placa de vidro. Nas fotografias é também possível ver o tamanho da formação de grumos, bem como a transparência das amostras com luz incidindo por baixo.

Comparando a amostra SM 4 (Figura 8), que é o caso de o produto industrialmente disperso (Aquacyl) misturado com água e submetida a 60 minutos de sonicação, com os casos em que foram utilizados os nanotubos de carbono em pó para dispersão, verifica-se que nenhuma das alternativas que utilizam NTC em pó (Figuras 5 a 7, Figura 10 e nas Figuras 12 a 16) mostraram a mesma eficácia da dispersão industrial do fornecedor. Por razões comerciais, o fabricante não fornece informações sobre a técnica usada para dispersar o NTC. Salienta-se que esta diferença foi verificada por avaliação microscópica, apesar de muitas das dispersões feitas com NTC em pó ficarem visualmente idêntico ao SM 4, como pode ser visto na Figura 2.

Pode ser visto que, na amostra SM 5 (Figura 9), com aditivo superplastificante TF8000 e produto Aquacyl, os nanotubos de carbono formaram alguns grumos e estes possuem uma orientação na borda da solução gota. É possível imaginar que a ação do aditivo possa ter causado esta ocorrência, uma vez que na amostra contendo apenas o Aquacyl e água (SM 4) o fato não foi observado (Figura 8).

4.2.Aplicação da análise hierarquica para interpretação dos resultados

Para efeitos da análise da eficiência da dispersão três critérios foram adotados. Na Figura 17, há um diagrama de fluxo geral da aplicação de análise hierárquica, mostrando que os critérios considerados na avaliação foram: turbidez da dispersão, diâmetro de grumos formados e tendência decantação.

A partir da escolha destes critérios, foram sugeridos limites de desempenho que serão analisados com base na análise visual e microscopia de dispersões CNT. Os limites de desempenho adotados podem ser vistos na Tabela 7.

Para avaliar a importância de cada critério uma matriz foi desenvolvida, a qual pode ser vista na Tabela 8, que está de acordo com a norma ASTM E 1765/2011 (2011). Na matriz, os atributos foram comparados por análise pareada (dois a dois), que visa classificar os critérios. Uma característica da AHP é a subjetividade do processo, uma vez que depende da importância que o avaliador atribui a cada critério. No entanto, este aspecto pode ser visto como um fator positivo, pois indica que o sistema de avaliação está aberto às convicções do tomador de decisão, ou seja, pode-se introduzir experiência prévia com a experiência do tomador de decisão.

Em relação ao uso da escala de importância ^{ASTM E 1765/2011 (2011)}, deve-se esclarecer que, quando os resultados da comparação se dão de uma forma inversa aos casos da Tabela 8, será adotado o inverso da nota. Isto é, se B for mais importante do que A, a sua nota será 1/5.

O próximo passo foi montar uma matriz de decisão e proceder para calcular o peso relativo (Pr) de cada critério considerado. Por isso, a soma de cada um dos critérios é considerada, dividindo-a pela soma total dos critérios e multiplicando por cem. A equação 1 ilustra este cálculo.

A partir da medição de pesos para cada critério, as amostras foram classificadas de acordo com seu desempenho. Para este efeito, foi convencionado três níveis de classificação de desempenho como mostrado na Tabela 10.

Deste modo, após separação das amostras de acordo com o seu desempenho, cada variável foi dividida pelo seu maior valor, como mostrado na Tabela 11. Esta prática tem a função de normalizar todas as quantidades medidas de modo que toda a gama fique compreendida entre 0 e 1 para padronização.

Finalmente, cada variável foi multiplicada pelo respectivo peso relativo, obtendo-se o índice de desempenho de cada alternativa para cada o critério, como mostrado na Tabela 12. Adicionando os dados da Tabela 11 na Tabela 12, o índice geral do desempenho de cada alternativa é obtido. O desempenho das 12 amostras pode ser visto na penúltima linha da Tabela 12. Como resultado, parece que as melhores dispersões foram (1º lugar) SM 4, SM 5 (2º lugar), SM 7 (3º lugar) e SM 9 (3º lugar). Note-se que a amostra SM 3 e SM 11 foram as que apresentaram o melhor desempenho entre aqueles que usaram a adição de nanotubos de carbono em pó.