Aerogelul

Istoria aerogelului

La începutul noului secol este incert numărul celor ce foloseau aerogelul ,ce este sigur e că tot meritul pentru această descoperire trebuie atribuit omului de știința Samuel Stephens Kistler. Chiar daca cariera lui a cuprins mai multe discipline precum chimia,educația,politica,ingineria și afacerile mondiale cea mai mare descoperire a lui a fost aerogelul, dedicandu-și o mare parte din viață studierii acestui material.El a realizat acest lucru prin procesul de uscare al unui fluid supercritic, proces simplu in zilele noastre dar dificil in vremea aceea. Cu toate acestea nu este exact clar când si unde această descoperire a fost facută. Se cunoaște ca Samuel prezenta un mare interes pentru fluidele supercritice chiar de la începutul educației lui iar în teza sa de master a scris despre cristalizarea aminoacizilor din fluide supercritice.

Kistler a petrecut anii de 1923-1930 predând cursuri la Colegiul Pacific din Stockton, California, o școală cu facilități limitate la un campus nou construit. Prima lucrare despre aerogeluri a fost publicată in Nature in 1931 (vol. 127, p. 741), astfel încât cercetarea sa despre aerogel trebuie să fi fost efectuată aproape de sfârșitul angajării sale la Pacific. Cu toate acestea, Kistler a început activitatea sa de doctorat la Stanford în vara anului 1927 și a continuat munca de acolo în verile ulterioare. Se poate presupune în mod logic , că primele aerogeluri au fost făcute în timpul acestor veri la Stanford, unde facilitățile erau mai ușor accesibile.

Cu toate acestea nu există nici o teza de doctorat înregistrata la Stanford sub numele de Samuel Kistler, și nici nu există o referire în dizertația Abstracts International. Nu este clar, atunci, exact ceea ce a implicat munca de doctorat a lui Kistler. Ceea ce se știe este că el a lucrat îndeaproape cu profesorul J.W. McBain, publicând mai mult de o hârtie la sfârșitul anilor 1920 în ceea ce privește utilizarea de geluri umede ca ultra-filtre. Este probabil că această lucrare a fost cercetarea majora ca si doctor. În mod clar că a fost prima experiență de lucru cu geluri în general. Un ultim mister este originea denumirii aerogel.Nu se stie daca Kistler a inventat cuvantul sau l-a auzit la cineva. Intre 1931 si 1935 timp petrecut la Universitatea din Ilinois toate eforturile sale sale au fost focusate pe aerogel,studiindu-i proprietațile care ne fascinează și azi. Mai tarziu ,pe la sfarșitul anilor 40` cercetătorul a obținut o licență si o înțelegere cu Monsanto Corp pentru producția de aerogel pe baza de siliciu.Acest material a fost fabricat și vandut sub numele de ``Santocel`` ``Santocel-C`` ``Santocel-54`` si ``Santocel-Z``.

Procedeul de fabricare consta în adăugarea unei soluții de silicat de sodiu în acid sulfuric. Concentrațiile sunt controlate pentru a produce un gel cu 8 % siliciu. După ce sunt lasate câteva ore pentru a permite gelului să consolideze, datorită fenomenelor de sinereză (consta in fuziune), acesta este îndepărtat din rezervor și trecut printr-una dintre cele patru tancuri de spălare. Apa este trecută peste gel pentru a îndepărta sulfatul de sodiu format în reacția de preparare a gelului. Când gelul a fost spălat suficient, tot excesul de apă este îndepărtat prin drenare și gelul este apoi acoperit cu alcool. După un timp de înmuiere adecvat alcoolul este drenat și înlocuit cu o porție proaspătă. Procedura de spălare de alcool se face prin utilizarea unui sistem convențional contra-curent în 4 trepte. Ciclul contra-curent este facilitat prin utilizarea receptoarelor de spălare și pompa de transfer. Alcoolul slab luat din sistem este recuperat sub formă de alcool puternic prin fracționare într-o coloană de recuperare. Când apa din gel a fost înlocuită în mod substanțial cu alcool, excesul de alcool este drenat și gelul încărcat în autoclavă. Aici se încălzește la 550 F până vaporii de alcool ajung in condensator. Presiunea este redusă la cea atmosferică și autoclava este în final evacuată în mercur timp de 10 min. Aerogelul rezultat este apoi îndepărtat printr-un sistem transportor. Autoclava este încălzită de o manta care conține vapori de difenil, la o presiune 6 atmosfere, vaporii fiind alimentați de combustibil lichid dintr-un cazan cu difenil .

In acele zile Monsanto nu beneficia de o expertiză de marketing de aceea există foarte putine informații cu privire la linia de producție a Santocelului.Se cunoaște că întrebuințarea majoră a materialului la vremea respectivă era ca agent opacizant în vopsele si lacuri.În 1970 Monsanto a încetat producția de aerogel cel mai probabil din cauza costurilor de producție ridicate si concuerenței de alte tipuri de silice si termoizolații.

Medotode de sinteză ale aerogelului

Metoda de sinteză generala a aerogelului

Tehnica sol-gel este cea mai frecvent utilizată pentru prepararea oricarui fel de aerogel. Metalele alcoxide sunt in general folosite ca si precursoare chimice pentru sinteza aerogelurilor anorganice in timp ce monomerii organici sunt precursori pentru aerogelurile organice. Reacțiile de hidroliza si condensare conduc la formarea unor particule coloidale dispersate în soluție ,care poarta numele de „sol” . Ulterior, reacțiile de condensare duc la formarea unui gel care este o continua rețea rigida constând in pori cu dimensiuni submicrometrice care sunt umpluti cu lichid și lanțuri polimerice a căror lungime medie este mai mare decât un micrometru. Aceste geluri cunoscute ca și geluri umede sunt prima data îmbatrânite in soluții adecvate pentru ași continua reacțiile de hidroliză si condensare și pentru ași întari rețeaua solida. Apoi lichidul din interiorul porilor este schimbat cu un solvent solubil in CO2 supercritic în etapa de schimb de solvent. Uscarea supercritica este ultimul pas in prepararea aerogelurilor si constă în eliminarea solvetului din pori.

Prepararea aerogelului de silice hidrofobic cu caolin uscat la presiune ambiantă

Acest proces include 3 pași

1. Pretratarea caolinului.

Scopul pretratării caolinului este pentru a transforma caolinul inert în caolin reactiv NaAlSiO4 și NaSiO3. Caolinul este argila ce contine în principal caolinit cu o compoziție chimică de Al4Si4O10. Legăturile Si-O-Si și Si-O-Al se rup daca este încalzit si adaugat Na2CO3 . 10 Grame de caolin este cantarit si mixat cu diferite canități de Na2CO3 .Amestecul este băgat in cuptor la 850 de grade pentru doua ore. După aceea amestecul este răcit la temperatura camerei și este mărunțit cât să treacă printr-o sita de 1 mm.