Saia do caminho, Kevlar, uma variante mais leve e mais forte chegou

Polímeros Plásticos Ultra-Resistentes

Quando estudamos materiais ultra‑resistentes, a conversa costuma se direcionar para metais duros, desde o ferro comum até os mais exóticos titânio, tungstênio ou rênio (siga o link para um relatório de investimento dedicado a cada um).

Mas esta não é a única forma de material ultra‑resistente. Outra opção é usar polímeros fortes, especialmente para aplicações onde peso e flexibilidade também são importantes, não apenas dureza pura e ponto de fusão elevado.

Um desses materiais bem conhecidos é o Kevlar. O material de propriedade da DuPont (DD ) é mais famoso por seu uso em coletes à prova de balas e também é usado em cordas, equipamentos de proteção industrial e de emergência, aeroespacial, fibra óptica e até mesmo em produtos de consumo ao ar livre.

Fonte: DuPont

O segredo da resistência do Kevlar está em uma malha densa de ligações moleculares em um plano 2D apertado, incluindo ligações de hidrogênio e muitos anéis aromáticos (hexágonos de carbono), algo semelhante à seda natural, porém ainda mais forte.

Fonte: Wikipedia

Entretanto, não existe nenhuma lei da física que afirme que o Kevlar seja o polímero mais forte. Uma alternativa ainda mais forte foi descoberta por pesquisadores da Duke University, Cornell University e Northwestern University.

Eles divulgaram seus resultados na prestigiosa publicação Science sob o título “Mechanically interlocked two-dimensional polymers”¹.

Um Novo Tipo de Cadeia de Polímeros em Malha

O Kevlar obtém sua força das ligações moleculares em um plano 2D. Mas, de modo geral, os materiais mais fortes tendem a ter uma estrutura 3D mais complexa.

Por exemplo, a cota‑de‑malha como um todo é muito mais forte que os anéis individuais que a compõem. Esse foi o design que os pesquisadores buscaram imitar, porém com polímeros e ao nível molecular.

A ideia era criar um material ultra‑fino mecanicamente entrelaçado.

Fonte: Northwestern University

Inventando um Novo Método de Fabricação

Em si, a ideia da ligação entrelaçada não é nova, mas nunca havia sido produzida de forma confiável ou em escala até agora. O problema era que criar esse entrelaçamento mecânico (e não químico) era muito difícil. A maioria dos materiais simplesmente não o permitia.

Os pesquisadores adotaram uma abordagem inovadora usando monômeros em forma de X (um monômero é a unidade de construção individual dos polímeros). Cada monômero foi então organizado em uma estrutura cristalina muito ordenada.

Em seguida, fizeram o cristal reagir com outra molécula, criando ligações dentro do cristal.

O resultado final foi uma estrutura complexa feita de múltiplas camadas de folhas de polímero 2D entrelaçadas. Isso criou “filamentos” de monômeros em forma de X entrelaçados mecanicamente entre si, mas não quimicamente ligados. Essa combinação de travamento mecânico e a capacidade de mover-se um contra o outro tornou o material surpreendentemente flexível.

“É semelhante a uma cota‑de‑malha porque não pode ser rasgada facilmente, já que cada uma das ligações mecânicas tem um pouco de liberdade para deslizar.

Se você puxá‑la, ela pode dissipar a força aplicada em múltiplas direções. E se quiser rasgá‑la, terá que quebrá‑la em muitos, muitos pontos diferentes.”

William Dichtel, Professor de Química na Northwestern University.

Desempenho Recorde e Escalabilidade

O material recém‑inventado exibe até 100 trilhões de ligações mecânicas por 1 centímetro quadrado, a maior densidade de ligações mecânicas já alcançada na ciência dos materiais. Esse resultado foi verificado por técnicas avançadas de microscopia eletrônica, confirmando visualmente a estrutura entrelaçada.

Para testar a eficiência desse novo material, os pesquisadores avaliaram sua integração com um produto da mesma família do Kevlar: Ultem (polieterimida), comercializado pela empresa petroquímica saudita SABIC.

Ultem é uma fibra plástica com resistência muito alta ao calor e a produtos químicos. É usada em diversos setores como dispositivos médicos, eletrônicos, automotivo, indústria química e aeroespacial. Também pode ser utilizada na fabricação aditiva (impressão 3D).

ULTEM está entre as poucas resinas aprovadas para uso no setor aeroespacial comercial. Ela supera termoplásticos comparáveis quando se trata de resistir ao creep, a tendência dos materiais de se deformarem e degradarem sob estresse mecânico repetido.

Também se mantém bem quando entra em contato com vários combustíveis, refrigerantes e lubrificantes. Sua resistência ao fogo garante que atenda à regulamentação da FAA 25.853 de inflamabilidade.

Sybridge

Este teste inicial de um material composto de 97,5 % de fibra Ultem e apenas 2,5 % do novo polímero 2D provou ser radicalmente mais forte. Isso aumentou a resistência à tração da fibra Ultem em 45 % e a resistência ao estresse em 22 %.

Outro fator chave para a utilidade potencial na fabricação é que o novo material foi produzido em quantidades relativamente grandes, mesmo em um ambiente experimental de laboratório. Os pesquisadores produziram meio quilograma do novo material, quantidade muito maior que a de polímeros anteriores com ligações mecânicas.

O método que desenvolveram pode ser usado para produção em massa, pois as etapas sucessivas de criação da estrutura cristalina e depois das ligações químicas podem ser automatizadas e ampliadas.

O Que Vem a Seguir?

O novo material acabou de começar a ser analisado pela equipe de pesquisadores.

Até agora, todos os parâmetros medidos parecem indicar que o polímero é extraordinariamente forte, muito mais do que qualquer material polimérico inventado até hoje.

“Ainda temos muito mais análises a fazer, mas podemos afirmar que ele melhora a resistência desses materiais compósitos. Quase todas as propriedades que medimos foram excepcionais de alguma forma.”

William Dichtel, Professor de Química na Northwestern University.

Testar esse material misturado em maiores quantidades com Ultem, bem como com outras fibras avançadas, provavelmente será um dos primeiros testes a serem realizados.

Fibras puras feitas a partir dele também devem ser testadas e comparadas ao Kevlar e ao Ultem. A resistência a condições do mundo real também será valiosa para avaliar plenamente o potencial comercial deste produto.

Aplicações

Esta descoberta baseia‑se no legado da expertise da Northwestern University em ligações moleculares. Foi lá que Sir Fraser Stoddart inventou ligações mecânicas em escala molecular para criar máquinas moleculares que podem mudar, girar, contrair e expandir de forma controlada.

Sir Stoddart recebeu o Prêmio Nobel de Química de 2016 por sua descoberta e foi mentor de William Ditchel quando este era pesquisador de pós‑doutorado, o cientista‑líder por trás da nova descoberta do polímero “cota‑de‑malha”.

Ditchel considera que o novo polímero tem grande potencial para armaduras corporais leves e tecidos balísticos. Também é provável que possa ser útil para quaisquer outras aplicações que atualmente utilizem Kevlar e/ou Ultem.

A força extrema, flexibilidade e características de leveza do polímero também podem abrir novas aplicações onde os polímeros atuais não são suficientes. Por exemplo, poderia ser integrado a foguetes, trajes espaciais, baterias etc.

Uma aplicação, porém, improvável, é a impressão 3D, já que o método de fabricação aditiva que envolve o derretimento parcial do plástico para lhe dar a forma final provavelmente interromperia as ligações mecânicas 3D do polímero.

Investindo em Polímeros

O mercado de polímeros é enorme, valendo até US $792 bilhões em 2024, e espera‑se que cresça 5,4 % ao ano (CAGR) até 2034, atingindo US $1,3 trilhão.

Fonte: Precedence Research

Você pode investir em empresas químicas através de diversas corretoras, e pode encontrar aqui, no securities.io, nossas recomendações para as melhores corretoras nos Estados Unidos, Canadá, Austrália, Reino Unido, bem como em muitos outros países.

Se você não tem interesse em escolher empresas específicas, também pode considerar ETFs como o iShares STOXX Europe 600 Chemicals UCITS ETF (EXV7) ou o Vanguard Materials ETF (VAW), que proporcionarão uma exposição mais diversificada para capitalizar sobre a indústria química.

Empresa de Polímeros

DuPont

A DuPont é uma enorme empresa química com muitos produtos químicos de marca importantes como, por exemplo, Kevlar, Styrofoam, Nomex (proteção contra fogo), Great Stuff (adesivo de construção) etc.

A DuPont é uma corporação centenária com uma história complexa de aquisições e, mais recentemente, uma série de desmembramentos.

Fonte: DuPont

Esses desmembramentos separaram da DuPont os departamentos de nutrição & biosciência, parcialmente vendidos para a Corteva Biosciences (CTVA ), produtos de titânio formando a Chemours Company (CC ), e mobilidade & material.

Também será separada da sua divisão de produtos químicos eletrônicos em novembro de 2025, mas manterá o segmento de água (membranas e filtros para purificação e dessalinização de água), ao contrário dos planos anteriores.

Fonte: DuPont

Isso deixará a DuPont como uma empresa muito mais focada, com atividade central em polímeros avançados para purificação de água & equipamentos de proteção, bem como materiais avançados para aeroespacial, saúde e veículos elétricos.

Fonte: DuPont

A DuPont é uma corporação verdadeiramente internacional, com alta demanda por produtos químicos especiais em purificação de água e manufatura industrial.

Os setores atendidos pelos produtos químicos da DuPont são também muito variados, incluindo construção, purificação de água, indústria eletrônica, automotivo, aeroespacial, saúde, energia verde e produção industrial.

Fonte: DuPont

A forte presença da DuPont em equipamentos de proteção e a posição consolidada da marca Kevlar devem ajudá‑la a adaptar‑se ao novo polímero ultra‑resistente que está surgindo, como o discutido neste artigo. É até provável que possa integrar esses novos materiais à sua linha Kevlar criando fibras híbridas contendo ambos.

Em qualquer caso, à medida que novas tecnologias crescem, assim como o consumo de água, cresce também a demanda pelos produtos químicos avançados produzidos pela DuPont.

Referência do Estudo:

^{1. Madison I. Bardot et al. (2025) Mechanically interlocked two-dimensional polymers.Science387,264-269. DOI:10.1126/science.ads4968}