A descoberta e investigação de novos materiais cristalinos e/ou amorfos têm norteado a ciência dos materiais. Com isto, novos métodos e procedimentos estão sendo adotados de forma a otimizar certos processos físicos-químicos e otimizar diversas propriedades (características) destes novos materiais. O método sol-gel não é descoberta recente, mas só nos últimos anos tem sido explorado em suas muitas potencialidades. Sua aplicação permite desde o recobrimento de materiais oxidáveis, como aço, para impedir corrosão, até a fabricação de filtros de ar altamente potentes, obtidos através de uma membrana que possibilita a separação por adsorção (fixação de moléculas de uma substância na superfície de outra) e consequente purificação de gases. Como a solução é inicialmente líquida, é possível obter várias formas para o material, desde películas utilizadas em revestimento, até formas sólidas ou em pó. Além da forma, o método sol-gel possibilita diferentes composições químicas, que variam de acordo com a aplicação.
As vantagens deste processo são:
custo reduzido em relação a processos convencionais (no caso de matrizes vítreas);
possibilidade de produção de novos materiais, antes impossibilitados por métodos convencionais;
A grande vantagem é a possibilidade de controle da estrutura ao longo do processo, esse controle se dá porque o processo sol-gel demanda baixas temperaturas. A baixa temperatura possibilita maior controle na manipulação do material, até mesmo em escala nanométrica. Isso permite incorporar à estrutura diversos tipos de materiais, inclusive orgânicos, para diferentes aplicações. Através do sol-gel, é possível controlar uma série de variáveis, como a porosidade, o estado físico, a composição química, a homogeneidade, a viscosidade e a resistência mecânica. A Figura 6 ilustra algumas técnicas de síntese via sistema sol-gel.
Figura 6: Técnicas de preparo de novos materiais via sistema sol–gel [8].
1.2.2. A Técnica da Emulsão
Emulsão é a mistura entre dois líquidos imiscíveis em que cada um deles (a fase dispersa) encontra-se na forma de finos glóbulos no interior do outro líquido (a fase contínua), formando uma mistura estável. Exemplos de emulsões incluem manteiga e margarina, maionese, café expresso e alguns cosméticos. As emulsões mais conhecidas consistem de água e óleo.
As emulsões são instáveis termodinamicamente e, portanto não se formam espontaneamente, sendo necessário fornecer energia para formá-la através de ligação, de homogeneizadores, ou de processos de spray. Com o tempo, as emulsões tendem a retornar para o estado estável de óleo separado da água. Os agentes emulsificantes (ou surfactantes) são substâncias adicionadas às emulsões para aumentar sua estabilidade cinética tornando- se razoavelmente estáveis e homogêneas. Um exemplo de alimento emulsificante é a gema do ovo, que contém o fosfolipídeo lecitina que estabiliza a emulsão do azeite na água.
A estabilidade de uma emulsão depende essencialmente de três fenômenos: sedimentação, floculação e quebra da emulsão devido à coalescência das gotículas dispersas. A sedimentação resulta de uma diferença de densidade entre as duas fases e consiste na migração de uma das substâncias para o topo da emulsão, não sendo necessariamente acompanhada de floculação das gotas. As colisões entre as gotas podem resultar em floculação, que pode levar a coalescência em glóbulos maiores. Eventualmente, a fase dispersa pode se tornar a fase contínua, separada da dispersão média por uma única interface. O tempo para tal separação de fases pode ser de segundos ou até anos, dependendo da formulação da emulsão.
Para aumentar a estabilidade cinética das emulsões tornando-se razoavelmente estáveis, um terceiro componente, o agente emulsificante, pode ser adicionado. Os materiais naturais e certos sólidos finamente divididos. Esses materiais formam um filme adsorvido ao redor das gotas dispersas e ajudam prevenir a floculação e a coalescência. Os seguintes fatores favorecem a estabilidade de emulsões:
• Tensão superficial baixa: a adsorção de surfactantes nas interfaces óleo-água diminui a energia interfacial, facilitando o desenvolvimento e aumentando a estabilidade das grandes áreas interfaciais com as emulsões;
• Filme interfacial mecanicamente forte e elástico: a estabilidade das emulsões é favorecida pela proteção mecânica dada pelo filme adsorvido ao redor da gota. A elasticidade do filme também é importante para permitir a recuperação após distúrbios locais;
• Repulsão das duplas camadas elétricas: a repulsão entre as partículas diminui os choques evitando a floculação. Quando agentes emulsificantes iônicos são usados, a repulsão da dupla camada elétrica lateral pode prevenir a formação de filmes compactos. O efeito de expansão dos filmes pode ser minimizado usando uma mistura de um filme iônico com um não-iônico e/ou aumentando a concentração eletrolítica na fase aquosa;
• Gotículas pequenas: gotas grandes são menos estáveis devido a sua menor razão de área/volume, que aumentam a tendência da gota crescer;
• Viscosidade alta: diminui as colisões retardando a floculação e sedimentação; O tipo de emulsão formada quando dois líquidos imiscíveis são homogeneizados depende dos volumes relativos das duas fases e da natureza do agente emulsificante. Quanto maior for o volume da fase, maior é a probabilidade do líquido se tornar a fase contínua. Sabões de metais alcalinos favorecem a formação de emulsões óleo em água, enquanto que sabões de metais pesados favorecem a formação de emulsões água em óleo. Além disso, a fase na qual o agente emulsificante é mais solúvel tende a ser a fase contínua. A Figura 7 refere à técnica em emulsão de dois líquidos imiscíveis separados em duas fases (I e II).
Figura 7: A. Dois líquidos imiscíveis separados em duas fases (I e II). B. Emulsão da fase II dispersa na fase
I. C. A emulsão instável progressivamente retorna ao seu estado inicial de fases separadas. D. O