Preparação de espuma cerâmica à base de zircônia pelo processo sol-emulsão-gel

Abstract

As condições de produção e formação de espumas cerâmicas à base de zircônia a partir de emulsões de óleo em hidrossol foram estabelecidas nesta dissertação. Com vistas na produção de espumas cerâmicas, parâmetros de formulação e de preparação de emulsões a partir da suspensão coloidal aquosa de zircônio foram definidos a partir de um conjunto de ensaios exploratórios. Nesses ensaios foi avaliado a eficiência do tensoativo nonilfenol etoxilado, IGEPAL, e do efeito do tamanho de sua cadeia hidrofílica na emulsificação, do emprego dos compostos 2,2,4 -trimetilpentano e decahidronaftaleno como fase oleosa, e do método de emulsificação. A análise microestrutural das espumas cerâmicas produzidas permitiu selecionar o óleo decahidronaftaleno, o tensoativo IGEPAL850 e o método de emulsificação por fricção como os mais adequados para a formação de espumas com elevada porosidade, baixa densidade aparente e microestrutura mais homogênea. A presença de fases cristalinas nas espumas cerâmicas tratadas em diferentes temperaturas foi determinada por difração de raios X, e as condições do tratamento térmico foram estabelecidas a partir da análise termogravimétrica das espumas secas. A construção de parte do diagrama pseudoternário de composição das emulsões foi realizada mediante a análise dos comportamentos revelados por medidas de espalhamento quase elástico de luz, condutividade e ensaios reológicos. As divisões das regiões do diagrama basearam-se na estabilidade, estrutura e comportamento reológico do sistema emulsivo e foram delimitados em três campos principais: separação de fases água-emulsão, emulsão óleo em água e região de início do processo de inversão de fases. Este diagrama permitiu o entendimento de alguns comportamentos observados na microestrutura das espumas cerâmicas.

In this work, the conditions for the production and formation of zirconia based ceramic foams from oil in hydrosols emulsions were established. Aiming the ceramic foam production, the emulsions formation and preparation parameters from zirconia aqueous colloidal suspensions were defined from a set of exploratory experiments. In these essays the efficiency of the nonilphenol etoxylate surfactant, IGEPAL, and of its hydrophilic chain size on the emulsion process, the use of 2,2,4 – trimethilpentane and of decahydronaphtalen as oil phase, and of the emulsion method were evaluated. The microstructural analysis of ceramic foams allowed to select the oil decahydronaphtalen, the surfactant IGEPAL850 and the friction emulsion method as the more adequate to the formation of foams presenting high porosity, low apparent density and more homogeneous microstructure. The presence of crystalline phases in ceramic foams heat treated at different temperatures was determined by X-Ray Diffraction and the heat treatment conditions were established from thermogravimetric analysis of dried foams. The building up of part of the emulsions composition pseudoternary diagram was done by analyzing its behavior as submitted to light scattering, conductivity and rheology measurements. The diagram regions separations were based on the stability, structure and rheological behaviors of the emulsion systems, and were delimited into three main regions: water-emulsion phase separation, oil in water emulsion and region of beginning of the phase inversion process. This diagram allowed the understanding of some behaviors observed into the ceramic foams microstructure. In the study of ceramic foams, the variation of the quantity of apolar phase allowed to the control of both pores volume and size. Under adequate proportions of oil and surfactant in the emulsion, monolithic bodies showing monomodal pore size distribution and 94% of porosity were prepared.