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A partir da década de , houve um interesse crescente sobre o processo sol‐gel. Uma vantagem importante desse processo é a habilidade para se controlar as propriedades químicas da superfície do material Greenspan, .

Originalmente o processo sol‐gel foi destinado à produção de vidros homogêneos e cerâmicas de alta pureza em temperaturas bastante inferiores às utilizadas nos processos convencionais, aspecto o qual, viabilizou a incorporação de uma fase orgânica no material cerâmico com baixo risco de degradação térmica e com extrema integração entre os constituintes, o que poderia significar a existência de ligações químicas primárias ou secundárias específicas entre os mesmos Costa, . Além disso, um aspecto relevante nessa técnica que a difere das demais utilizadas nos sistemas de vidros e cerâmicas é que esta permite a construção de estruturas porosas.

Essa técnica tem sido empregada nos últimos anos com sucesso na produção de materiais como os vidros bioativos, por elevar a reatividade desses, pois fornece materiais com elevada área superficial. Os vidros produzidos por esse processo podem apresentar uma bioatividade de % de SiO . Devido a sua ampla área superficial e grande concentração de grupos silanol SiO( sobre a superfície do material microporoso. (á um aumento da nucleação e cristalização de hidroxiapatita carbonatada (CA sobre o material, requisito necessário a bioatividade Pereira et al., .

De maneira geral, o processo sol‐gel refere‐se a qualquer rota de síntese de materiais onde, num determinado momento, ocorre uma transição do sistema sol para um sistema gel. O sol é constituído de uma suspensão de partículas coloidais diâmetros menores que nm em um líquido, sendo o gel formado pela estrutura rígida de partículas coloidais gel coloidal que imobilizam a fase líquida nos seus interstícios Fig. . . A diferença entre um sol e uma solução reside no fato de que a solução é um sistema de uma única fase, enquanto que um sol é uma suspensão de uma fase sólida em uma fase líquida. Portanto, um gel úmido é uma substância que contém um esqueleto sólido contínuo cercado de uma fase líquida Oliveira, ; Mamede & Prado, .

Figura 3.3: Esquema mostrando o princípio do processo sol‐gel adaptado de Gupta & Kumar, ; Costa, .

De outro modo, os géis poliméricos são, geralmente, preparados a partir de soluções onde ocorrem reações de polimerização, e a gelação ocorre pela interação entre as longas cadeias poliméricas lineares Fig. . .

Figura 3.4: A transição sol‐gel: a formação de gel particulado e b formação de gel polimérico Adaptado de Alfaya & Kubota, .

Dentre os compostos alcóxidos utilizados para a preparação de materiais via sol‐gel, destacam‐se os dos elementos silício, alumínio, zircônio e titânio, largamente utilizados. Os alcóxidos de silício são os utilizados na síntese da sílica SiO . O processo sol‐gel via alcóxido é um método de síntese relativamente simples usado para o preparo de vidros e cerâmicas de alta pureza, a temperaturas bastante reduzidas e com grande flexibilidade na preparação de sistemas com composição e formas variadas. A evolução da síntese através do processo sol‐gel requer uma combinação de precursores de alcóxidos metálicos [M OR n] e água, onde M é o

elemento inorgânico formador de rede e R é tipicamente um grupo alquila Airoldi e Farias, ; Costa, .

O processo sol‐gel pode ser dividido em sete etapas, conforme descrito abaixo, porém neste trabalho foram utilizadas apenas as etapas A, B e C. A utilização da síntese na forma de solução requer apenas as três etapas para a construção de filmes e matrizes: A. Dissolução e mistura dos precursores B. Moldagem vazão em molde C. Transição sol‐gel ou gelação D. Envelhecimento E. Secagem F. Estabilização G. Transição de gel para vidro ou sinterização O processo sol‐gel de forma geral se inicia com a mistura de água, catalisador e o alcóxido metálico. Com o contato das moléculas de água com as de alcóxidos, iniciam‐se as reações de hidrólise e condensação. De acordo com o produto final desejado, algumas condições devem ser obedecidas para garantir um sucesso na obtenção dos diferentes materiais tais como monolitos, fibras e filmes finos. A concentração da água na solução de alcóxidos, o tipo e a concentração de catalisador e a temperatura do processo são variáveis que devem ser controladas Oliveira,

.

O sol obtido é transferido para um molde de geometria desejada. A forma final do gel é uma reprodução do molde utilizado, embora as dimensões do produto final fiquem alteradas devido às contrações que ocorrem durante o processo. O material do molde deve ser escolhido de forma que evite a adesão do gel. A gelação envolve o crescimento e agrupamento de unidades poliméricas para formar uma rede contínua que se estende através do líquido. Quando os polímeros em solução crescem através das reações de condensação, eles se unem para formar macromoléculas que se estenderão por toda a solução. Esse ponto representa a transição de sol para gel, e é reconhecido pelo grande aumento na viscosidade da

solução. O ponto de gel representa o momento quando o último elo é formado na cadeia de ligações que constitui a extensão de aglomerados. O sol torna‐se um gel quando ele pode suportar uma tensão elástica.

O processo de mudança na estrutura e propriedade do gel que ocorre após a gelação é conhecido como envelhecimento. As reações químicas que causam a gelação continuam a ocorrer mesmo após o ponto gel ser estabelecido, produzindo resistência, dureza e contração na rede. Durante o envelhecimento ocorrem mudanças em muitas propriedades estruturais do gel, tais como tamanho médio de poros, porosidade e área superficial Coelho, .