SÍNTESE DE PIGMENTOS DE ALUMINA/FERRO RESUMO

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Orlando Gonçalves Clementino
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1 SÍNTESE DE PIGMENTOS DE ALUMINA/FERRO R.C. L. Zampieri, E. Longo, E. R. Leite Via Washington Luiz, Km Caixa Postal 676; CEP São Carlos - SP Brasil renatacl@dq.ufscar.br CMDMC - LIEC/DQ/UFSCar RESUMO Neste trabalho objetiva -se sintetizar pelo método dos precursores poliméricos Pechini, pigmentos cerâmicos tendo como matriz a alumina (Al 2O 3), dopada com íons ferro(iii). Foram sintetizados pigmentos com diferentes concentrações de ferro de 2, 4 e 8 mol% e tratamentos térmicos distintos de 700, 900, 1000 e 1100 C, para estudar o efeito do dopante e da temperatura sobre a transformação de fase e propriedade óptica. Com análises de difração de raios X, verificou-se a influência da concentração e da temperatura na transformação de fase gama (γ)/corundum. Por outro lado, pela espectrofotometria ultravioleta e visível (UV -Vis) e análises colorimétricas verificou-se as propriedades ópticas do material. Os resultados mostraram diferentes intensidades da cor amarela, que foi função do tamanho de partícula. Palavras Chaves: Síntese, Pigmentos, Alumina, Ferro. INTRODUÇÃO A maior parte dos pigmentos cerâmicos consiste de substâncias que possuem uma estrutura cristalina determinada. Em linhas gerais, estruturalmente, um pigmento cerâmico está formado por uma rede hospedeira, em que se integra o componente pigmentante, ou cromóforo (normalmente um cátion de transição ou transição interna) e os possíveis componentes modificadores que estabilizam, conferem ou reafirmam as propriedades pigmentantes (poder pigmentante e o tom da cor) (1-3). O valor de um pigmento depende de suas propriedades ópticas e físicas. Estas por sua vez, dependem diretamente da estrutura cristalina do pigmento, das suas características físicas, como distribuição granulométrica, forma das partículas e grau de aglomeração, e química, composição, pureza, estabilidade. Os pigmentos utilizados em aplicações cerâmicas são de natureza predominantemente inorgânica. Os pigmentos inorgânicos apresentam excelente estabilidade química e térmica e também, em geral, uma menor toxidade para o homem e o ambiente. 1233

2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Na síntese dos pigmentos utilizou-se o método dos precursores poliméricos. O procedimento segue na Figura 1. Solução Aquosa de Solução Aquosa de Ácido Cítrico Ácido Cítrico Al(NO 3 ) 3. 9H 2 O Al(NO 3 ) 3. 9H 2 O até Dissolução até Dissolução Fe(NO 3 ) 3. 9H 2 O Fe(NO 3 ) 3. 9H 2 O de 90 a 120 C de 90 a 120 C Resina Polimérica Resina Polimérica Calcinação Calcinação Figura 1 - Fluxograma da obtenção dos pigmentos de ferro. À solução de citrato de alumínio adicionou-se quantidades estequiométricas, 2, 4 e 8% em mol, do sal de nitrato de ferro (III), e o material foi então calcinado às temperaturas de 700, e 1100 C durante duas horas e meia sobre placas de alumina sinterizada e atmosfera ambiente em forno MAITEC tipo mufla. 1234

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO Pela técnica de difração de raios X, Figuras 2 e 3, pode-se verificar a evolução de fases da alumina com a variação da temperatura de calcinação e concentração do dopante. Quando as amostras são calcinadas a 900 C, verifica-se a presença da fase γ-al 2O 3 que tem estrutura romboédrica. À 1000 C a ocorrência de picos adicionais torna-se evidente. Nesta temperatura, observa-se a fase γ da alumina e traços da fase corundum (α-al 2 O 3 ). Já para as amostras calcinadas na temperatura de 1100 C, verifica-se a presença de um sistema cristalino monofásico com a fase corundum que tem estrutura cúbica. Nota-se que com o aumento da temperatura de calcinação há uma evolução da fase da alumina γ para α, fase mais estável da alumina. Nota-se ainda que íon ferro acelera o aparecimento da fase corundum, de acordo com a sua concentração. Na temperatura de calcinação de 700 C todas as amostras encontam-se em fase amorfa. Intensidade (u.a.) C C C Figura 2 - Difratogramas de raios X da alumina pura a 900, 1000 e 1000 o C 2θ Intensidade (u.a.) C C Intensidade (u.a.) C C C C θ (a) θ (b) Figura 3 - Difratogramas de raios X dos pigmentos a 900, 1000 e 1000 o C: (a) 2% em mol de ferro; (b) ) 8% em mol de ferro 1235

4 Os espectros de absorção na região do UV-vis, Figura 4, revelam uma banda de reflectância em torno de 500 nm referente a cor amarelada dos pigmentos, segundo o espectro eletromagnético da luz visível. Nota-se que com uma maior concentração de dopante, menor é a banda de reflectância revelando uma influência no escurecimento do pigmento. 80 Reflectância Comprimento de onda (nm) Al/Fe2% Al/Fe4% Al/Fe8% Al/Fe2% Al/Fe4% Al/Fe8% Figura 4 - Espectro de reflectância na região do UV-visível das amostras dopadas com 2, 4 e 8% de ferro calcinadas a 900 e 1100 C O método CIElab é usualmente utilizado para especificar a cor de um produto. Os valores positivos de a* indicam que há a participação da cor vermelha. Os altos valores positivos de b* indicam a dominância da cor amarela, valores estes que dependem da concentração do dopante ferro. A Tabela I representa as coordenadas colorimétricas CIELab obtidas por análises colorimétricas e a Figura 5 ilustra estes dados. Tabela I Dados de Coordenadas Colorimétricas CIElab Amostra T o C L* a* b* ,443 0,354 12,134 Al/Fe 2% ,916 1,029 16, ,393 0,802 14, ,961 1,284 11, ,942 2,103 18,657 Al/Fe 4% ,822 1,198 24, ,201 3,476 21, ,701 4,615 20, ,035 6,568 29,150 Al/Fe 8% ,891 10,195 32, ,889 9,202 28, ,127 8,253 24,

5 1 - Al/Fe 2% 2 - Al/Fe 4% 3 - Al/Fe 8% Figura 5 - Gráfico de Coordenadas Colorimétricas dos pigmentos alumina/ferro a 1100 C O tamanho de cristalito foi afetado pela temperatura de calcinação. Com o aumento da temperatura houve crescimento do tamanho de cristalito. Na Tabela II encontram-se os valores de tamanho de cristalito para as amostras de alumina pura e alumina/ferro calcinadas nas temperaturas de 900 e 1100 C. Tabela II Tamanho médio de cristalito dos pigmentos com ferro a 900 e 1100 C Amostra Tamanho de Cristalito (nm) 900 C 1100 C alumina pura 6,92 56,59 Al/Fe 2% 6,51 57,11 Al/Fe 4% 6,62 60,24 Al/Fe 8% 5,89 59,23 CONCLUSÕES A técnica de difração de raios X mostrou que o material é monofásico, sendo que o íon ferro acelera o aparecimento da fase corundum, fase mais estável da alumina, de acordo com a concentração de dopagem utilizada. Isto ocorre porque a difusão dos íons ferro na matriz de alumina deve estar gerando defeitos em que o íon ferro substitui o íon alumínio na rede gerando vacâncias de oxigênio. Verificou-se que os pigmentos se aproximam mais da cor amarela, sendo intensificados com o aumento da temperatura. O tamanho médio dos cristalitos, na faixa de 7 a 60 nm, mostrou que o método de síntese utilizado é apropriado para a produção de pigmentos cerâmicos Alumina/Ferro de ordem nanométrica. 1237

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. G. C. ALLEN, M. PAUL, Applied Spectroscopy, 49 (1995) M. CRISAN, A. JITIANU, D. CRISAN, M. BALASOIU, N. DRAGAN, M. ZAHARESCU, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 2 (2000) I. NÚÑES, J. V. PORÉ, P. ESTRIBANO, E. CORDONCILLO, J. B. CARDA, Ceramic Information 221 (1996) C.K. LOONG, J. W. RICHARDSON, M. OZAWA, Journal of Alloys and Compounds, 250 (1997)

7 SYNTHESIS OF ALUMINA/IRON PIGMENTS R.C. L. Zampieri, E. Longo, E. R. Leite Via Washington Luiz, Km Caixa Postal 676; CEP São Carlos - SP Brasil renatacl@dq.ufscar.br CMDMC - LIEC/DQ/UFSCar ABSTRACT This work aims at synthesizing by the polymeric precursor method - Pechini method - ceramic pigments, whose matrix is alumina (Al 2 O 3 ) and it is doped with iron (III) ions. Pigments were synthesized with different iron concentrations, 2, 4 and 8 mol % and they were submited to different thermal treatments, 700, 900, 1000 e C, with the objective of investigating the effect of the dopant and the heat treatment on the phase transformation and the optical properties. By means of XRD, it was ascentained the influence of concentration and temperature on the γ phase/corundum transformation. On the other hand, by UV-vis spectroscopy and colorimetric analyses the optical properties of the material were studied. The results showed different hues of yellow color, which were showed to be a function of the particle size. Keywords: Synthesis, Pigments, Alumina, Iron. 1239

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