Geopolímero

Geopolímero és un terme falcat per Joseph Davidovits en la década dels anys 1980 per a designar a polímeros sintètics inorgànics d'aluminosilicatos que procedixen de la reacció química coneguda com geopolimerización. No obstant estos composts ya havien segut desenrollats en la década de 1950 en l'Unió Soviètica en el nom de Ciment de sol (Soil cements en anglés). Els geopolímeros també són coneguts com aluminosilicatos inorgànics.

Els geopolímeros tenen un elevat potencial per a ser usats en numerosos camps, pero predomina l'us com a substituts de ciment portland, camp cap al que s'ha dirigit la major part de l'investigació. Els geopolímeros tenen la ventaja de tindre baixes emissions de CO₂ en la seua producció, una gran resistència química i tèrmica, i bones propietats mecàniques, tant a temperatura ambiente com a temperatures extremes.

La reacció de geopolimerización es produïx baix condicions altament alcalinas entre una pols de aluminosilocato i una solució activadora (basada en una mescla molar d'hidròxit sòdic i un silicat alcalino, per eixemple, de sodi o de potassi) a condicions ambientals. A nivell de laboratori se sol usar metacaolín com a material de partida per a la síntesis de geopolímeros, sent este generat per l'activació tèrmica de caolinita. S'han portat a terme numerosos estudis usant rebujos industrials de Metacaolín i atres aluminosilicatos.

Estructura i mecanismes de formació

Ret sialato

El procés de polimerisació és portat a terme en posar al material puzolánico en contacte en la solució activador alcalina, la qual cosa dona com resultat la formació de cadenes polimèriques despuix d'haver-se reorientado els ions en solució. Estes cadenes polimèriques poden ser considerades hipotèticament com el resultat de la policondensación d'ions de ortosialato. Ya que el mecanisme exacte de reacció encara no ha segut determinat completament, s'assumix usualment que la síntesis és portada a terme per mig d'oligómeros, els quals proveïxen les estructures unitàries de la ret macromolécular tridimensional.

Els geopolímeros que estan basats en aluminosilicatos són cridats polisialatos. Este terme és un abreujament de poli-(silico-oxo-aluminato) o (-Si-O-Al-O-)_n, sent n el grau de polimerisació. La ret sialato consistix en tetraedres de SiO₄ i AlO₄ units per àtoms compartits d'oxigen. Dins de les cavitats de la ret, deuen estar presents ions positius (Na⁺, K⁺, Li⁺, Ca⁺⁺, Ba⁺⁺, NH₄⁺, H₃O⁺) per a contrarrestar les càrregues negatives de l'A el³⁺ per a que l'alumini puga estar unit a tres oxigen, com el silici. La fòrmula empírica dels polisialatos és la següent:

M·n(-(SiO₂)_z-AlO₂)n·wH₂O

A on M és qualsevol dels cationes mencionats dalt, n és el grau de polimerisació, z, que pot ser 1, 2 o 3, determina el tipo de geopolímero resultant, la qual cosa significa, que si z és igual a 1 la ret serà del tipo polisialato, si z val 2, la ret serà poli(sialato-siloxo) i si Z val 3, la ret serà poli(sialato-disiloxo), i w és el número de molècules d'aigua associades.

Mecanisme de polimerisació propost.