COMPÓSITOS POLIÉTER / LiI / LiAl5O8
Roberto Ananias Ribeiro(PG), Glaura Goulart Silva(PQ), Nelcy Della Santina Mohallem(PQ)
Universidade Federal de Minas Gerais – Belo Horizonte-MG
Departamento de Química, Laboratório de Materiais
palavras –chave: compósitos, poliéter, aluminato
INTRODUÇÃO
Compósitos são materiais multifásicos constituídos por duas ou mais fases física e quimicamente distintas, adequadamente arranjadas, apresentando uma interface de separação entre as fases[1]. Muitos compósitos são formados por apenas duas fases: uma é chamada matriz, a qual é contínua e envolve a outra fase, denominada fase dispersa. As propriedades destes materiais são uma função das propriedades das fases constituintes, suas quantidades relativas, forma e tamanho da fase dispersa, distribuição e orientação.
OBJETIVO
O objetivo central deste trabalho é a preparação de compósitos formados por uma fase matriz de eletrólito polimérico poliéter / LiI e uma fase dispersa de pó cerâmico de aluminato de lítio, LiAl5O8. Materiais deste tipo são de grande interesse tecnológico devido à sua aplicação como eletrólito polimérico sólido em dispositivos eletroquímicos[2].
METODOLOGIA
O trabalho consistiu em duas etapas: a primeira foi a síntese do pó cerâmico através do processo de coprecipitação e caracterização através das técnicas difração de raios X, espectroscopia no infravermelho, picnometria a hélio, adsorção de gases (método BET) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A segunda etapa foi a adição deste pó cerâmico à matriz eletrólito polimérico poliéter / LiI. Dois poliéteres foram estudados, poli(óxido de etileno) ou POE (Mn = 106 g.mol-1) e copolímero poli(propileno glicol)-bloco-poli(etileno glicol)-bloco- poli(propileno glicol)bis(2-aminopropileno éter) ou tribloco (Mn = 2000 g.mol-1). O compósito foi caracterizado por análise térmica, DSC e TMA (modo penetração), espectroscopia de impedância e microscopia eletrônica de varredura. Para a obtenção do pó cerâmico, foi adicionada uma solução de NaOH a uma mistura de soluções de Al(NO3)3.9H2O e LiNO3 a 80oC. O precipitado foi lavado com água e etanol, seco em estufa e calcinado a 1150oC. Na preparação dos compósitos, o pó cerâmico foi disperso no ultrassom por 1 hora e então foram adicionados o sal (LiI) e o poliéter (POE ou tribloco). Esta mistura ficou sob agitação por cerca de 3 horas até homogeneização. A secagem do material foi feita à atmosfera ambiente para retirada do excesso de solvente e sob vácuo por 48 h.
RESULTADOS
Foi obtido o pó cerâmico de aluminato de lítio constituído por ~95% m/m de LiAl5O8. A densidade, área superficial específica, raio médio de poros e porosidade determinadas foram 2,94 g.cm-3, 47 m2.g-1, 20 Å e 16%, respectivamente. A análise MEV revelou partículas esféricas de diâmetro de cerca de 200 nm. Os resultados de DSC mostraram um pequeno aumento na temperatura de transição vítrea (Tg), ou seja, enrijecimento da cadeia polimérica, e uma cristalinidade mais baixa nos compósitos preparados com a matriz de POE, de acordo com a literatura[3]. Nos compósitos com matriz de tribloco foram observados uma pequena diminuição da Tg e da cristalinidade. Os compósitos apresentaram condutividades esperadas nestes materiais, ~ 10-3 S.cm-1 a 100oC[3]. A vantagem da matriz de tribloco é que elevados níveis de condutividade (10-4 S.cm-1) são atingidos a 40oC, devido à sua menor temperatura de fusão, enquanto que a matriz de POE atinge esta condutividade a 60oC. Foi observado, nas curvas TMA, que os compósitos apresentaram uma maior estabilidade dimensional em relação ao material sem cerâmica, para ambas as matrizes. Os materiais à base de POE mantêm uma certa estabilidade dimensional a partir de 70oC, com uma pequena penetração. Os materiais à base de tribloco, são totalmente penetrados a 50oC. A análise MEV mostrou que os compósitos apresentam uma superfície (de fratura ou plana) rugosa em relação aos materiais sem cerâmica que apresentam superfícies mais lisas. A introdução da cerâmica provocou uma desorganização nas camadas formadas na cristalização dos compósitos com POE. A microanálise em regiões específicas da amostra revelou a existência de partículas da ordem de 2 mícrons.
CONCLUSÃO
Podemos concluir que os compósitos constituídos por POE/LiI/LiAl5O8 são materiais viáveis para aplicação como eletrólitos sólidos poliméricos. Já os compósitos constituídos por tribloco/LiI/LiAl5O8 possuem a vantagem de altas condutividades a partir de 40oC, mas sua estabilidade dimensional é baixa.
BIBLIOGRAFIA
[1] CHAWLA, K. K., Science and Engineering, B. Ilschner, N. J. Grant (eds.), Springer-Verlag, N.Y., 1987
[2] ARMAND, M. B. Ann. Rer. Mater. Sci. v.16, p.245-261, 1986
[3] Wieczorek, W. et al. Electrochim. Acta, v.40, n.13-14, p.2251-2258, 1995