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UdeA aplica nanotecnología en la industria de la construcción

09/08/2018
Por: Jennifer Restrepo de la Pava - UdeA Noticias

El uso de la nanotecnología es generalizado en la medicina y la electrónica. Sin embargo, su incursión en los últimos años en la industria de la construcción y la infraestructura ha permitido nuevas aplicaciones para optimizar las propiedades de los metales, la arcilla, la cerámica, el cemento, el asfalto, la madera, entre otros materiales.

Microscopia electrónica de un nanocompuesto con nanoparticulas, amplificada 40 mil veces.  Cortesía Henry Colorado (UdeA) y John Guo (U Tenessee)

Los nanomateriales tienen características morfológicas nanométricas, un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro. Según la Red de Educación Informal de Ciencias a Nanoescala -NISE Network- por sus siglas en inglés, una hebra de cabello mide aproximadamente 75 mil nanómetros de ancho y las crestas de las huellas digitales tienen cerca 250 mil nanómetros de ancho.

En este campo de investigación creciente en el mundo, el Grupo de Compuestos de la Universidad de Antioquia ha realizado cerca de 20 proyectos de investigación básica y aplicada con nanomateriales, entre ellos, la aplicación de nanoestructuras de carbono y nanopartículas para mejorar las propiedades del cemento y del asfalto.

“Al reducir las dimensiones de un material aparecen nuevas propiedades físico-químicas como las mecánicas y eléctricas. En general mientras más pequeño el material, más fuerte y mejor conductor es debido a que tiene menos defectos. Por lo tanto, la aplicación de nanotubos de carbono y nanosílice en el cemento, el concreto y el asfalto, en general proveen una mayor resistencia, lo que hace que sea más estable a altos esfuerzos, incrementando así su vida útil hasta en un 50%”, indicó el coordinador del Grupo de Compuestos, Henry Alonso Colorado Lopera. 

Las investigaciones han permitido otras mejoras en el asfalto y el cemento, por ejemplo, se secan más rápido y tienen mayor resistencia a altas temperaturas, al desgaste o al ahuellamiento.

“En los cementos, la disminución en el tiempo de fraguado disminuye el tiempo de fabricación de una obra, lo cual, desde el punto de vista económico, administrativo, logístico y político constituyen factores muy importantes para la competitividad de una empresa”, destacó el profesor de la Facultad de Ingeniería.

Con el fin de contextualizar los avances mundiales y oportunidades en un contexto útil para la academia y la industria de Colombia, el Grupo realizó la investigación: “Aplicaciones y oportunidades de nanomateriales en Construcción e Infraestructura” (Applications and Opportunities of Nanomaterials in Construction and Infrastructure).

El estudio plantea además una discusión sobre los posibles problemas para la salud y los riesgos para el medio ambiente por el uso de nanomateriales. Consulte el trabajo en el siguiente enlace: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-72484-3_46

Nanotendencias

La investigación destaca que la aplicación de nanotecnología en metales y aleaciones de metales, ha generado mejoras sustanciales en el rendimiento de los mismos, mayor dureza y mayor resistencia a la corrosión.

Con respecto al proceso de transformación mineral, existen nuevas aplicaciones para los pigmentos, la decoración y los revestimientos usados en la infraestructura, permitiendo mayor resistencia a la temperatura e intemperie.

En la cerámica, el vidrio templado es tal vez la aplicación de nanotecnología más conocida en la industria por su alta resistencia a la fractura. Lo nuevo, son las ventanas inteligentes: vidrios de auto-limpieza, que contribuyen a la calefacción y termocrómicos, es decir, que cambian de color con la temperatura.

La aplicación correcta de nanomateriales mejora la dispersión de las partículas del cemento y reduce la cantidad de agua, este proceso se conoce como mejorador de fuerza.

De acuerdo con la investigación, los nanomateriales actúan como agentes externos, “El control de la humedad en la madera es esencial para conservar su forma. La madera es hidrofílica, tiene una afinidad por el agua y la absorbe fácilmente. Por lo tanto, cualquier modificación de su características puede hacer que repela el agua, hidrofobia. Es precisamente aquí donde la nanotecnología ha demostrado resultados prometedores” señaló Colorado Lopera.

Riesgos de su uso 

Preocupaciones de salud de nanopartículas y riesgos ambientales. Cortesía de la investigación.                        

Como expone la figura, entre las mayores fuentes de contaminación por nanomateriales se destacan: en la combustión –ceniza-, en la medicina y la cosmética –los antibacteriales-, en la minería y en la construcción –metales-, en la energía -baterías y pilas solares-, en la lavandería -oxídos metálicos- y en los automóviles -baterías inservibles-.

Cuando las nanopartículas se introducen en el aire y hacen contacto con los organismos, podrían causar daños en la salud y el medio ambiente. De acuerdo con los investigadores de la UdeA, los estudios de los nanomateriales y sus efectos negativos aún son un campo poco explorado.

Las principales rutas de exposición en los humanos y los animales son las vías dérmicas, por ingestión, por inhalación y por contacto ocular. Las enfermedades relacionadas son los cánceres, el asma, las cardiovasculares, las neurodegenerativas y el deterioro orgánico múltiple.

El salubrista y profesor de la Facultad de Salud Pública de la UdeA, Carlos Mario Quiróz Palacio, destacó que si bien se conocen los impactos para el organismo del niquel, el plomo, el cromo, el asbesto y otros materiales usados en la construcción, no hay investigaciones conocidas sobre los efectos de los nanomateriales en la salud.

El informe destaca la necesidad de que las investigaciones establezcan el grado de  movilidad ambiental y biodisponibilidad de las nanopartículas y actividades en el laboratorio para disminuir sus posibles efectos negativos.

Retos

Para la academia en Colombia y en especial para la Universidad de Antioquia, el uso de nanomateriales en la industria de la construcción e infraestructura representa oportunidades para la generación y transferencia de conocimiento, patentes y formación de estudiantes. Este campo que a penas está siendo explorado es una oportunidad única para innovación académica con impactos en el ámbito internacional. 

Colorado Lopera, destacó que esta es una oportunidad para una industria de evolución lenta debido a las normas que la regulan, “La industria de la construcción está rezagada en el uso de nanotecnología comparada con otras, debido a la cantidad de los materiales que requiere y genera. Esto se puede explicar en parte por el alto costo de la mayoría de los nanomateriales, lo que puede hacer un nuevo desarrollo inviable económicamente”.

Además de mayores estudios sobre las propiedades, el procesamiento y la caracterización de los nanomateriales, para el profesor Colorado es fundamental que las aplicaciones de los nanomateriales en la construcción sean viables económicamente. 

Los costos y el presupuesto son el gran reto en esta industria, a diferencia de la industria electrónica, energética y de transporte donde para algunas aplicaciones hay un presupuesto casi ilimitado. Hay desarrollos en la electrónica por ejemplo, que podrían usarse en la construcción e infraestructura, pero los costos son muy elevados, el desafío es traer nanotecnología usada en otras industrias y hacerla aplicable y viable a la construcción”, agregó.

Actualmente, El coordinador del Grupo de Compuestos de la Universidad de Antioquia, trabaja en soluciones ante este reto como la producción de los mismos por llama. Esta técnica disminuye los costos de los nanomateriales al prescindir de costosos precursores químicos para su obtención. Dos ejemplos de este trabajo se pueden apreciar en los siguientes enlaces:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884217318552

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0272884216306940

 

 

 

 

 

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