Desenvolvimento de novos materiais de revestimento superisolantes

Maria de Fátima de Jesus Leal Júlio dos Santos

Informações chave

Autores:

Maria de Fátima de Jesus Leal Júlio dos Santos (Maria de Fátima de Jesus Leal Júlio)

Orientadores:

Luis Miguel Cardoso da Silva (Luís Miguel Cardoso da Silva); Laura Maria De Ramos da Costa Ilharco de Almeida Santos (Laura Maria De Ramos da Costa Ilharco de Almeida Santos); Inês dos Santos Flores Barbosa Colen (Inês Flores-Colen)

Publicado em

16/09/2022

Resumo

O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de argamassas térmicas de revestimento usando aerogéis híbridos de sílica como agregados, de forma a atingir um balanço entre condutibilidades térmicas muito baixas e resistências mecânicas aceitáveis para aplicação em parede exterior (resistência à compressão Rc  0,4 MPa). Com esta finalidade, foram desenhados propositadamente aerogéis à base de sílica, destinados à incorporação numa formulação de argamassa otimizada pela Saint-Gobain Weber Portugal S.A. Foram desenvolvidas três sínteses de aerogéis híbridos de sílica com finalidades distintas: máxima hidrofobicidade, boas propriedades mecânicas e muito baixa massa volúmica associada a custos reduzidos de produção. Os aerogéis foram preparados por um processo sol-gel a dois passos, utilizando co-precursores inorgânicos (tetraetoxissilano e silicato de sódio aquoso) e orgânicos (hexametildissilazano, dimetildietoxissilano e metiltrimetoxissilano), com modificação orgânica durante e após a síntese (com hexametildissilazano). Foram optimizadas as condições necessárias à obtenção de materiais monolíticos, com secagem à pressão atmosférica e minimizando as quantidades de precursores orgânicos. Um aerogel resultante de cada síntese foi selecionado para incorporar na formulação ligante, com o teor de 50 % (em massa) de aerogel α superhidrofóbico (~154º), aerogel β com área superficial muito elevada (SBET~1496 m2 .g-1 ) e boa resistência mecânica para obtenção de uma curva granulométrica, e aerogel  de massa volúmica muito baixa (e~139 kg.m-3 ) e estrutura de poros diferenciada, concebido para ter menor impacto económico e ambiental. Os aerogéis e as argamassas foram caracterizados detalhadamente por determinação da massa volúmica envelope, microscopia eletrónica de varrimento e transmissão, isotérmicas de adsorção-desadsorção de N2, medição dos ângulos de contacto da água, medição da condutibilidade térmica e da resistência mecânica e por espectroscopia de infravermelho em modo de reflectância difusa. Demonstrou-se a importância do balanço baixa massa volúmica/resistência mecânica/estrutura porosa do aerogel nas propriedades da argamassa. As argamassas de revestimento produzidas correspondem aos objetivos propostos. Além de uma condutibilidade térmica baixa (~0,05 W.m-1 .K-1 ), que cumpre os requisitos da norma EN 998-1 para argamassas térmicas T1, possuem resistência mecânica adequada à aplicação no exterior em camada única (Rc > 1 MPa). Há ainda potencial para baixar a condutibilidade térmica sem grande prejuízo da resistência mecânica, aumentando o teor em aerogel. The present work aimed the development of thermal renders using hybrid silica aerogels as aggregates, in order to achieve a balance between very low thermal conductivity and mechanical resistance acceptable for application in external walls (compression resistance Rc > 0.4 MPa). With this goal, silica-based aerogels were designed on purpose to be incorporated in a binder matrix, optimized by Saint-Gobain Weber Portugal S.A. Three syntheses routes of hybrid silica-based aerogels with distinctive objectives were developed: maximum hydrophobicity, good mechanical properties and very low density associated with low production costs. The aerogels were prepared by a two-step sol-gel process, using inorganic (tetraethoxysilane and aqueous sodium silicate) and organic (hexamethyldisilazane, dimethyldiethoxysilane and methyltrimethoxysilane) co-precursors, with organic modification during and post-synthesis (with hexamethyldisilazane). The necessary conditions to obtain monolithic materials dried at ambient pressure were optimized, and the quantities of organic precursors minimized. One aerogel resulting from each synthesis was selected to be incorporated in the binder matrix, with aerogel:powder formulation mass ratio of 1:1: superhydrophobic aerogel α ( ~154º), aerogel β with very high specific surface area (SBET ~1496 m2 .g-1 ) and mechanical resistance to endure obtaining a granulometric curve, and aerogel  with very low density (e ~139 kg.m3 ) and distinctive pore structure, designed to be low-cost and eco-friendly. The aerogels and renders were characterized in detail by envelope density measurements, scanning and transmission electron microscopy, N2 adsorption-desorption isotherms, measurement of water contact angles, thermal conductivity and mechanical resistance, and by diffuse reflectance infrared spectroscopy. The relevance of the aerogel low density and also of its mechanical resistance and pore structure on the properties of the render were established. The developed renders correspond to the proposed objectives. In addition to low thermal conductivity ( ~0.05 W.m-1 .K-1 ) that complies with the requirements of EN 998-1 for T1 thermal mortars, they present adequate mechanical strength for application on external building walls in a single layer (Rc > 1 MPa). There is still potential for decreasing the thermal conductivity without significant loss in mechanical resistance, by increasing the aerogel content.