Propriedades estruturais de géis de sílica preparados a partir da sonohidrólise do tetraetilortosilicato com adições de dimetilformamida

Abstract

O objetivo deste trabalho é estudar as modificações estruturais em sonogéis de sílica preparados a partir da sono-hidrólise do TEOS em função da adição de diferentes quantidades de DMF. Os géis são estudados em estágios que vão desde o estado saturado até o estado seco do gel resultante do processo de secagem supercrítica. O efeito da adição de DMF nas propriedades estruturais dos géis úmidos e nos aerogéis subseqüentes ainda não está completamente estabelecido. As caracterizações estruturais das amostras são feitas através das técnicas de Termogravimetria (TG), densidade aparente, espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e análise de distribuição de tamanho de poros e área de superfície por Adsorção de Nitrogênio. Como esses géis foram preparados pela sonohidrólise do tetraetilortosilicato (TEOS) com quantidades diferentes de dimetilformamida (DMF), a razão molar água/TEOS e o volume da mistura dos reagentes foram mantidos constantes no processo de sonohidrólise para todas as adições de DMF. Os sóis foram diluídos em quantidades proporcionais de água depois da hidrólise, a fim de obter a mesma concentração de sílica nos géis depois da geleificação e envelhecimento sob condições saturadas. Aerogéis foram obtidos pela extração supercrítica por CO2. A estrutura dos géis foi estudada por espalhamento de raio-X a baixo ângulo (SAXS) e adsorção de nitrogênio. Os géis úmidos exibem uma estrutura fractal de massa com a dimensão fractal crescendo de 2.23 até 2.35 e o comprimento de correlação da fractalidade de massa x decrescendo de ~ 9.4 nm para ~ 5.1 nm, conforme a razão molar DMF/TEOS varia de 0 a 4. A estrutura do aerogel não é substancialmente diferente para pequenas e intermediárias escalas de resolução, exceto pela variação de contraste e eliminação de alguma porosidade. Abaixo do tamanho de escala...

The objective of this work is study the structural modification in silica sonogels prepared from the sonohydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) with different additions of dimethyformamide (DMF). The gels are studied in different stages since the satured conditions until the dried conditions how result of the supercritical process. The effect of DMF addition in the structural properties of wet gels and dried gels not are totality established. The structural characteristics of the samples are measurement by Termogravimetry (TG), Density, Small-angle X-ray scattering (SAXS) and nitrogen adsorption. How these gels were prepared from the sonohydrolysis of tetraethoxysilane (TEOS) with different additions of dimethyformamide (DMF), the water/TEOS molar ratio and the reactant mixture volume were kept constant in the sonohydrolysis step for all the DMF additions. The sols were diluted in a proportionated water quantity after the hydrolysis in order to obtain the same silica concentration in the gels after gelation and aging under sealed conditons. Aerogels were obtained by CO2 supercritical extraction. The structure of the gels was studied by small-angle x-ray scattering (SAXS) and nitrogen adsorption. Wet gels exhibit a mass fractal structure with fractal dimension D increasing from 2.23 to 2.35 and mass fractal correlation length x decreasing from ~9.4 nm to ~5.1 nm, as the DMF/TEOS molar ratio is increased from 0 to 4. The aerogel structure is not substantially different at a low and intermediary length scale, but by the contrast variation and some porosity elimination. Below about the length scale ~1.6 nm, the mass fractal structure apparently evolves to a surface/mass fractal, with correlated mass fractal dimension Dm ~2.6 and surface fractal dimension Ds ~2.3. While Dm diminishes lightly with the DMF content, Ds seem not to be dependent on the DMF additions. The fundamental role... (Complete abstract click electronic access below)