Aerogéis híbridos à base de poliviniltrimetóxisilano Com cadeias reticuladas : Síntese, caracterização e aplicações

Abstract

A presente tese estudou as potencialidades e limitação da síntese de aerogéis híbridos à base de poliviniltrimetóxisilano como estrutura biligante: fase orgânica pela polimerização dos grupos vinílicos via radicalare inorgânica através das reações de hidrólise e condensação dos grupos metoxi ligados aos átomos de silício. Aos grupos poliméricos de carbono foram adicionadas diferentes quantidades de uma molécula tri-reticulante em diferentes razões (0,01-2%). Foram estudadas as formção das moléculas percursoras dos géis pré-polimerizada, bem como a formação dos géis e os correspondentes aerogéis via secagem supercrítica de CO2 estática e comparados aos aerogéis à base de sílica obtida pelo mesmo método de secagem. Os precursores de sílica pré-polimerizados apresentaram resultados mais satisfatórios com o iniciador radicalar de peróxido em comparação ao composto Azo, apresentado maior grau de polimerização, maior peso molecular (3016 – 10497 g/mol) e dispersão (1,98 – 6,11 Mw/Mn). Os aerogéis destes precurosres foram obtidos com êxito atráves da secagem supercrítica fria, que apesar de afetar as caracterizados dos aerogéis híbridos, estes ainda apresentaram baixa densidade (0,360 g.cm-3), elevada porosidade (acima de 70%) e área específica (superior a 500 m2/g) entre outros. Os aerogéis híbridos foram avaliados por um conjunto de técnicas complementares buscando informações acerca da textura, morfologia e estrutura. As análises revelaram que os aerogéis híbridos possuem cadeias poliméricas alifáticas e lineares para o conjunto polimérico de carbono, contudo a estrutura principal de siloxano é prevalente em todas as estruturas estudadas. Por fim, foi avaliado o desempenho e aplicabilidade dos aerogéis híbridos aos de sílica, foram comparadas as propriedades no preparo como suportes catalíticos, sensores colorimétricos a vapores alcalinos como materiais adsortivos. Os aerogéis híbridos obtiveram performance semelhante ou superior aos aerogel de sílica como suportes catalíticos (atividade de 1278 kgPE.molZr-1.h-1) e sensores aos vapores alcalinos (com resposta de pouco minutos).

This thesis studied the potential and limitations of the properties of hybrid aerogels based on polyvinyltrimethoxysilane as a biligand structure: organic phase by polymerization of vinyl groups via inorganic radicals through hydrolysis and condensation reactions of methoxy groups bonded to silicon atoms. The polymeric carbon groups were added with different amounts of a tri-crosslinking molecule in different ratios (0.01-2%). The formation of the precursor molecules of the prepolymerized gels, as well as the formation of the gels and the corresponding aerogels via static supercritical CO2 drying were studied and compared to silica-based aerogels obtained by the same drying method. The prepolymerized silica precursors obtained more overwhelming results with the peroxide radical initiator compared to the Azo compound, presenting a higher degree of polymerization, higher molecular weight (3016 – 10497 g/mol) and dispersion (1.98 – 6.11 Mw/Mn). The aerogels of these precious materials were successfully obtained through cold supercritical drying, which despite affecting the characteristics of the hybrid aerogels, they still presented low density (0.360 g.cm-3), high porosity (above 70%) and specific area (over 500 m2/g) among others. The hybrid aerogels were evaluated by a set of complementary techniques seeking information on texture, morphology and structure. The investigations revealed that the hybrid aerogels have aliphatic and linear polymer chains for the carbon polymer set, however the main siloxane structure is predominant in all scientific structures. Finally, the performance and applicability of hybrid aerogels to silica aerogels were evaluated as catalytic supports, colorimetric sensors to alkaline vapors as adsorptive materials. The hybrid aerogels obtained similar or superior performance to silica aerogels as catalytic supports (activity of 1278 kgPE.molZr-1.h-1) and sensors to alkaline vapors).