Iara de Fátima Gimenez, Mestrado (1997)
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Vitrocerâmicas porosas à base de fosfato: preparação, caracterização e formação de compósitos com polipirrol

Resumo

Neste trabalho prepararam-se vitrocerâmicas porosas, a partir do vidro fosfato 6Li₂O.24TiO₂.39CaO.31P₂O₅. Aspectos estruturais foram estudados, mediante a utilização de uma série de técnicas: i) difratometria de raios-X, que revelou a ausência de ordem a médias e longas distâncias; ii) espectroscopias Raman e infravermelho, que sugeriram a existência de cadeias mistas contendo fósforo e titânio como formadores, ligados em ponte por oxigênios; iii) a espectroscopia de RMN ³¹P de sólidos indicou que o tipo de ambiente dos núcleos de fósforo é característico de situações de cadeias curtas, com baixo grau de polimerização, coerente com a alta proporção de cátions modificadores de rede, CaO e Li₂O. O comportamento térmico pôde ser elucidado através de medidas de DTA e TMA, que permitiram obter uma T_g de 590⁰C e o coeficiente de expansão térmica, de 18,3 X l0^{-6 o}C^-1. Parâmetros relacionados com os processos de cristalização, tais como o índice de Avrami, sugeriram um processo controlado por difusão.

As amostras vítreas foram submetidas a tratamentos térmicos, em duas etapas, para separação de fases cristalinas. O efeito de tal tratamento pôde ser estudado através de difratometria de raios-X, cujos resultados apontaram a presença de fases cristalinas do tipo LiTi₂(PO₄)₃, b-Ca₃(PO₄)₂ e TiO₂. Estudos da evolução do processo de cristalização, conduzidos através de espectroscopia Raman e RMN³¹P, permitiram acompanhar a fragmentação da estrutura do vidro, à medida que sua estrutura dá lugar aos arranjos ordenados, típicos das fases cristalinas. Em seguida, um tratamento de lixiviação, em meio ácido, resultou na dissolução seletiva da fase bCa(P0₄)₂, deixando em seu lugar canais, ao longo de um esqueleto composto por LiTi₂(PO₄)₃ e pequenas quantidades de TiO₂ e Li(TiO)PO₄. A última, pôde ser detectada apenas através de espectroscopia Raman.

Duas etapas relevantes na formação das vitrocerâmicas, a saber: a cristalização do vidro e a lixiviação ácida, foram objetos de estudos evolutivos. A evolução da cristalização, bem como seu efeito sobre a porosidade do material final, foram estudados através do Planejamento Fatorial Fracionário. Para uma das amostras resultantes do planejamento experimental, a qual mostrou distribuição estreita de diâmetro do poro, monitorou-se a evolução da lixiviação, medindo-se a perda de massa em função do tempo. Verificou-se uma alta taxa de lixiviação nos estágios iniciais, a qual torna-se lenta, á medida que a frente de dissolução atinge o interior do sólido.

Finalmente, estudou-se as interações entre as cerâmicas porosas, após tratamento com íons cobre II, com monômeros reativos como o pirrol. Destas interações resultou a formação in situ, de polipirrol nas cavidades da cerâmica, formando um compósito, que pôde ser identificado por espectroscopia Raman, TGA e espectroscopia ³¹P MAS NMR.

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[CNPq]