Cuarta serie de ensayos

Figura 4.8: Aspecto de los geles de TiO2 obtenidos en la tercera serie de ensayos (preparación M13).

La Figura 4.8 muestra el aspecto del gel obtenido a partir de la preparación M13, en la imagen puede observarse la conservación de la geometría del molde y la ausencia de grietas en la superficie del gel. Teniendo en cuenta las características de los geles obtenidos en estas primeras series de preparaciones pudieron establecerse como condiciones óptimas de síntesis para la formación de geles de TiO2 los siguientes parámetros:

Concentración de BuTi de 0,5 mol/L Relación BuTi:H2O de 3-3,5

Relación BuTi:HAc de 1:2

Utilizando estas condiciones para la preparación de los sistemas se obtuvieron geles consistentes en tiempos de gelado convenientes, entre 5 y 10 min.

4.3.5- Cuarta serie de ensayos: efecto de nanopartículas de HA sobre la

Tabla 4.6: Porcentaje de HA nanométrica incorporada a la preparación M13 y características del producto.

Muestra M13 % m/m HA Características

T - Estable

TH2 20 Estable

TH4 40 Estable

TH6 60 Estable

Para adquirir una mejor comprensión del proceso de formación del material compuesto se intentó medir la viscosidad de la mezcla en función del tiempo. Para ello se utilizó un viscosímetro vibracional AND. Debido al tipo de agitación que utiliza este equipo y al volumen requerido de muestra (aproximadamente 40 mL), no fue posible obtener datos confiables de la viscosidad del sol en función del tiempo, debido a que el gel comenzó a gelificar en la parte superior del agitador y no de forma uniforme en todo el volumen, ocasionando que el equipo registrara incrementos y descensos en la viscosidad en diferentes instancias del ensayo. Se trató hacer el registro durante 15 minutos sin embargo las variaciones registradas carecen de significado debido a las inhomogeneidades en las cercanías del agitador. Dada la imposibilidad de realizar el registro del cambio de viscosidad en función del tiempo para los distintos sistemas se procedió a realizar otras mediciones en un reómetro.

Con la finalidad de determinar el tiempo de gelado de los sistemas con distinto contenido de HA, se realizaron ensayos para medir el tgel donde se mide la respuesta viscoelástica del gel en función de la velocidad de corte, donde es posible observar el módulo elástico o módulo de almacenamiento, G’, asociado a los efectos elásticos (relacionado a la energía almacenada durante la deformación), y el módulo de pérdida, G”, asociado al efecto viscoso (relacionado con la energía disipada durante la deformación), donde se define el tgel como el tiempo para el cual, a una dada frecuencia, G’ y G” son iguales, es decir, a muy baja frecuencia G’’ es mucho mayor que G’, por lo que predomina el comportamiento viscoso de un líquido. Al aumentar la frecuencia o tiempo, las curvas de G’ y G’’ se cruzan y empiezan a dominar el comportamiento elástico típico de un sólido [34,96]. A partir de la variación registrada en los módulos G’ y G’’, según se detalló en el Capítulo II es posible determinar el tiempo de gelación de los distintos geles compuestos. Este método permitió realizar un registro cuantitativo respecto de la evolución de los geles compuestos y obtener valores para los tiempos de gelación ya que la muestra es

preparada en el momento y con un volumen menor. Las medidas se realizaron bajo la modalidad de platos paralelos, y si bien se obtuvieron curvas reproducibles, las mismas se obtuvieron bajo condiciones muy diferentes a las utilizadas en las preparaciones a mayor escala de los geles compuestos. Esta diferencia sustancial, genera un registro para el tiempo de gelación que sólo tiene carácter comparativo entre las muestras, donde puede evaluarse su evolución en condiciones similares, aunque no es representativo como valor absoluto.

La Figura 4.9 muestra la variación registrada de los módulos de pérdida y almacenamiento vs el tiempo para la preparación M13 (T) y con diferentes contenidos de HA (20,TH2; 40,TH4 y 60 %,TH6). Las muestras utilizadas para realizar las medidas fueron preparadas en el momento del ensayo por lo que no es posible realizar un control de la humedad y temperatura del ambiente tal como se realiza en las distintas series de preparaciones estudiadas. Esto conlleva a obtener valores para el tiempo de gelación relativamente cortos, entre uno y dos minutos. Es sabido que el tiempo de gelación para sistemas sol-gel no es una propiedad intrínseca del sol ya que depende del tamaño del recipiente donde se realice y de variables ambientales como la humedad y temperatura [9], estos aspectos son los que estarían predominando en las medidas efectuadas en estos sistemas compuestos.

Como se observa en la Figura 4.9 no hay una variación significativa en los tiempos de gelado que permitan determinar la influencia del contenido de nanopartículas de HA en los sistemas de TiO2. Esto se asocia a que las condiciones experimentales presentan mayor variabilidad que el efecto que produce una variación en el contenido de partículas de HA. De todos modos, puede apreciarse un leve aumento en el tgel para las muestras conteniendo HA respecto de la que no posee HA. Este pequeño incremento se atribuye al efecto retardador de la condensación de la matriz de TiO2 que genera la presencia de las partículas de HA.

El módulo elástico para los geles que contienen 20 y 40 % de HA se ve reducido respecto al gel de dióxido de titanio (T), excepto para la muestra TH4, lo que concuerda con un menor grado de consolidación de la matriz de TiO2. Por otro lado, la preparación con 40 % de HA (TH4) presenta un módulo elástico del mismo orden que la muestra sin HA lo que conduce a proponer que una alta carga de HA favorece la integración de la matriz sólida ya sea por una mayor homogeneidad en su distribución o por una mayor interacción superficial entre las partículas y la matriz de TiO2 en formación.

Figura 4.9: Curvas de G’ (módulo elástico) y G’’ (módulo de pérdida) para los geles compuestos con distinta proporción de nanopartículas de HA.

4.3.6- Quinta serie de ensayos: efecto de nanopartículas de HA y agentes