Cerâmicas celulares obtidas a partir da emulsificação de suspensões de alumina com óleo de soja/colágeno e gordura vegetal/colágeno

Abstract

Cerâmicas celulares foram processadas por emulsificação de óleo de soja e gordura vegetal hidrogenada em suspensões aquosas de alumina utilizando gelatina como agente gelificante e dodecil sulfato de sódio como surfactante. As medidas reológicas das suspensões emulsificadas com óleo de soja e gordura vegetal mostraram um comportamento pseudoplástico descrito pela equação de Herschel-Bulkley e a viscosidade foi influenciada pela taxa de agitação e concentração de sólidos. Um planejamento Taguchi foi utilizado para avaliar o impacto relativo da concentração de sólidos, da concentração de óleo/gordura em relação à suspensão e da taxa de agitação nas características microestruturais dos corpos sinterizados. O comportamento térmico dos corpos a verdes foi analisado pela curva de TGA e até 600 °C os aditivos orgânicos foram eliminados. A queima para remoção desses compostos foi realizada em mufla com taxa de aquecimento de 2 ºC/min até 1100 °C, seguido de um patamar isotérmico de 2 h. Em seguida, a sinterização foi realizada em forno tubular sob taxa de aquecimento de 2 ºC/min até 1550 °C, com um patamar final de 2 h. As micrografias das cerâmicas celulares apresentaram células esféricas, abertas e fechadas e o diâmetro médio de poro variou entre 4 e 39 µm para as cerâmicas desenvolvidas com óleo de soja e entre 3 e 47 µm para as cerâmicas desenvolvidas com gordura vegetal. A análise de imagem das microtomografias de raios X mostrou distribuição heterogênea de poros, e a porosidade aberta, a qual foi estimada pelo método de Arquimedes, foi dependente apenas da concentração da fase orgânica. Para as cerâmicas celulares desenvolvidas com óleo de soja, a porosidade aberta exibiu valores na faixa de 16 a 53% e para as cerâmicas celulares desenvolvidas com gordura vegetal, esse valor ficou entre 21 e 47%. A resistência mecânica à compressão diminuiu com o aumento da porosidade aberta para todas as cerâmicas sinterizadas. Os valores máximos obtidos foram 62 e 51 MPa para as cerâmicas desenvolvidas com óleo de soja e gordura vegetal, respectivamente.

Abstract : Cellular ceramics were processed by emulsification of soybean oil and hydrogenated vegetable fat in alumina suspensions using gelatin as gelling agent and dodecyl sodium sulfate as surfactant. The rheological measurements of the emulsified suspensions with soybean oil and hydrogenated vegetable fat showed a shear thinning behavior described by the Herschel-Bulkley equation and the viscosity was influenced by the stirring rate and the solids concentration. A Taguchi plan was used to assess the relative impact of solids loading, oil/fat concentration in relation to the suspension and stirring rate on the microstructural characteristics of the sintered bodies. The thermal behavior of the green body was analyzed by TGA curve and the organics additives were burned out under 600 °C. Pyrolysis for removing these components was carried out in a muffle with heating rate of 2 ºC/min up to 1100 °C, followed by a 2 h isothermal plateau. Then, sintering was performed in a tubular furnace under heating rate of 2 ºC/min until 1550 °C with a final 2 h sintering plateau. Micrographs of the cellular ceramics showed spherical, open and closed cells and the average pore diameter varied between 4 and 39 µm for the ceramics developed with soybean oil and between 3 and 47 µm for the ceramics developed with vegetable fat. The X-ray microtomography image analysis showed heterogeneous pore distribution, and the open porosity, which was estimated by the Archimedes method, was dependent only the organic phase concentration. For the cellular ceramics developed with soybean oil the open porosity showed values in the range of 16 to 53% and for the cellular ceramics developed with vegetable fat this value was between 21 to 47%. The compressive strength decreased with the increase of open porosity for all the sintered ceramics. The maximum values obtained were 62 and 51 MPa for the ceramics developed with soybean oil and vegetable fat, respectively.