COMBINACIÓN DE CAPAS Y SU PRODUCCIÓN.

Procedimiento para la producción de una combinación de capas que comprende un sustrato de soporte metálico y una capa de silicato con las etapas del procedimiento de a) facilitación del sustrato de soporte metálico,

b) preparación de cristales de silicato y/o partículas de silicato mediante síntesis solvotermal y c) revestimiento de al menos una superficie del sustrato de soporte metálico con los cristales de silicato y/o las partículas de silicato preparados en b) caracterizado porque la síntesis solvotermal se realiza en al menos un líquido iónico y se llevan a cabo simultáneamente las etapas del procedimiento b) y c)

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de una combinación de capas, que comprende una capa de soporte metálica y una capa de silicato así como al uso de tales combinaciones de capas en la técnica de bombas de calor.

Los silicatos son las sales del ácido ortosilícico Si(OH)4 y sus productos de condensación. Se caracterizan no solamente porque forman la clase con la mayor diversidad de especies de los minerales, sino también porque técnicamente son de gran importancia. Además de vidrio, porcelana, esmalte, artículos de arcilla, el cemento y el vidrio soluble son productos compuestos de silicatos técnicamente importantes.

Los silicatos, con respecto a su construcción estructural, se pueden dividir en a) silicatos con aniones discretos, tales como los nesosilicatos (silicatos de tipo insular, ortosilicatos con el anión [SiO4]4-), sorosilicatos (silicatos de grupo, en este caso los tetraedros de [SiO4]-están enlazados formando un grupo finito), ciclosilicatos (silicatos de anillo, en este caso los tetraedros de [SiO4]-están dispuestos formando anillos), b) inosilicatos (silicatos de cadena y silicatos de banda, en este caso los tetraedros de [SiO4]-están agrupados formando cadenas, es decir, formaciones ilimitadas de modo unidimensional que se tienen que considerar polímeros del anión [SiO3]2-), c) filosilicatos (silicatos de hoja y silicatos de capa, en este caso los tetraedros de [SiO4]-están encadenados entre sí respectivamente en un plano; por tanto, forman redes de capas y se pueden considerar polímeros del anión [Si4O10]4-) y d) tectosilicatos (silicatos de armazón, en este caso el encadenamiento de los tetraedros de [SiO4]-prosigue en las tres direcciones del espacio, de tal manera que se forman redes tridimensionales). A los tectosilicatos pertenecen particularmente las zeolitas y los feldespatos, que se tienen que incluir en los minerales de silicato técnicamente más importantes.

Las zeolitas son minerales de silicato y particularmente silicatos de aluminio con una estructura químicamente compleja, que está caracterizada por la configuración de redes de tetraedros porosas. De acuerdo con la definición general de la IZA (Asociación Internacional de Zeolitas (International Zeolithe Association)) se entiende por zeolitas los minerales que presentan redes de tetraedros con una densidad de red de más de 19 átomos de tetraedro por 1000 Å3. Las zeolitas presentan una estructura con cavidades internas, adoptando estas cavidades dimensiones moleculares. A esto se debe la propiedad de las zeolitas de poder alojar átomos extraños o moléculas extrañas en su estructura microporosa, por ejemplo, las zeolitas pueden acumular grandes cantidades de agua y volver al liberar las mismas durante el calentamiento. Por tanto, los materiales de zeolita en contacto con un intercambiador de calor son particularmente adecuados para la construcción de un acumulador de calor latente. Para esto se usan de acuerdo con el estado de la técnica cargas de materiales de zeolita o zeolitas que están introducidas en sólidos de poro abierto, por ejemplo, esponjas de metal, que están en contacto térmico con un intercambiador de calor. Para esto último se hace referencia, por ejemplo, al documento DE 101 59 652 C2. Se obtiene un procedimiento de preparación para zeolitas que usa líquidos iónicos como moldes del artículo especializado “Yonic liquids and entectic mixtures as solvent and template in synthesis of zeolite analogus” NATURE, bd, 430.28.08.2004, páginas 10121016.

Para aplicaciones en las que se suministra calor a las zeolitas o en las que se tiene que retirar calor del material de zeolita, las cargas sueltas de zeolita no son adecuadas debido a que un contacto térmico suficiente con las estructuras de intercambiador de calor limitantes se puede establecer solamente de manera insuficiente. Además, particularmente para acumuladores de calor latente se tiene que suministrar el medio de trabajo denominado habitualmente sorptivo a la zeolita como material sorbente de modo eficaz. Esto presupone estructuras de canal macroscópicas en el material sorbente. Por este motivo, para tales fines de aplicación se comprime la zeolita sintetizada como polvo hasta dar mayores unidades en forma de pellas con ayuda de un aglutinante. Sin embargo, es desventajoso que debido a la mayoría de los aglutinantes se influye en las propiedades relevantes para la aplicación de las zeolitas y la mayoría de las veces se modifican desventajosamente. Además, mediante el uso de pellas todavía no se puede garantizar un contacto térmico suficiente con los intercambiadores de calor limitantes. Por este motivo se proponen sistemas de intercambiadores de calor sobre los que se aplica una capa de zeolita. Para los procedimientos de revestimiento conocidos de sustratos con zeolitas es típica una etapa de síntesis precedente en la que en primer lugar se prepara el material de zeolita. Este material de zeolita se puede tratar posteriormente de manera mecánica, por ejemplo, mediante etapas de trituración o molienda de tal forma que se produce una zeolita en forma de polvo. A continuación se mezcla el material de zeolita presintetizado de este modo con un aglutinante y se aplica sobre el sustrato de soporte.

Sin embargo, en tal forma de proceder es desventajoso que, particularmente en el caso de estructuras de intercambiador de calor tridimensionales complejas, es difícil la aplicación de capas de zeolita uniformemente gruesas sobre toda la superficie del intercambiador de calor. Además, un procedimiento de revestimiento post-sintético de este tipo presenta múltiples etapas de producción. Además, la mayoría de los aglutinantes modifican las propiedades de las zeolitas, ya que para las moléculas a unir no existe un acceso libre a la estructura interna microporosa de las partículas de zeolita.

En la bibliografía se han realizado múltiples propuestas para la síntesis directa de silicatos sobre sustratos. En este caso se tienen que mencionar de forma prioritaria la síntesis de acuerdo con un procedimiento de sol-gel o la síntesis hidrotermal. A este respecto, por una síntesis hidrotermal se tiene que entender generalmente la síntesis de minerales y compuestos químicos mediante cristalización de soluciones acuosas altamente calentadas -soluciones hidrotermales con una temperatura de más de 100 ºC y una presión de más de 100 kPa (1 bar). La síntesis hidrotermal se realiza la mayoría de las veces en recipientes a presión, ya que las temperaturas aplicadas se encuentran bastante por encima del punto de ebullición del agua, la mayoría de las veces incluso por encima de su temperatura crítica TK = 374 ºC. En el estado supercrítico, el agua disuelve algunas sustancias normalmente insolubles en agua. La capacidad de disolución aumentada se produce a este respecto con la mayor probabilidad debido a la compresión que con menor separación lleva a cabo una interacción reforzada con la sustancia disuelta. Con la síntesis hidrotermal existe por tanto básicamente la posibilidad de preparar coloides inorgánicos mesoscópicos, cristales o polvos en sistemas acuosos. Esta síntesis conduce a escala industrial por norma a partículas con un diámetro de partícula de algunos pocos µm de diámetro. Además de estos procedimientos conocidos ya desde hace algún tiempo, desde hace poco tiempo también se ha dado a conocer un procedimiento de revestimiento por rotación para la producción de capas de silicato. De este modo se describe con el documento WO 02/032 589 A1 la producción de capas porosas, las propias capas porosas y el uso de estas capas en la microelectrónica. Las capas pueden estar compuestas de partículas porosas periódicas de una zeolita, presentando las partículas un diámetro de partícula en el intervalo nanométrico y las propias capas, un espesor de 30 a 1000 nm. Las capas descritas se aplican a este respecto sobre una superficie de silicio.

Un problema principal durante la síntesis hidrotermal directa de silicatos consiste en la germinación, que determina la morfología y distribución de tamaño de las partículas que se producen. La formación de los gérmenes y en general de cualquier cristal o partícula representa a este respecto desde un punto de vista termodinámico una formación de fases y está sometida por tanto también a sus normas de producción. Ya que las partículas se forman a partir de múltiples partículas, debido a la disminución de la entropía es muy improbable que tenga lugar una formación espontánea de partículas. Por tanto, una precipitación o formación de partículas, polvo o cristales requiere siempre una fase de inducción en la que se forman gérmenes cristalinos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de una combinación de capas que comprende un sustrato de soporte metálico y

una capa de silicato con las etapas del procedimiento de a) facilitación del sustrato de soporte metálico, b) preparación de cristales de silicato y/o partículas de silicato mediante síntesis solvotermal y c) revestimiento de al menos una superficie del sustrato de soporte metálico con los cristales de silicato y/o las partículas de silicato preparados en b)

caracterizado porque

la síntesis solvotermal se realiza en al menos un líquido iónico y se llevan a cabo simultáneamente las etapas del procedimiento b) y c).

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la síntesis se realiza en una mezcla de al menos dos líquidos iónicos diferentes.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el líquido iónico comprende cationes de 1,3-dialquilimidazolio y aniones X hidrófilos o hidrófobos, particularmente aniones Xm-mono-, bi-o trivalentes con m= 1, 2 ó 3, significando alquilo independientemente entre sí un resto alquilo lineal, ramificado, saturado y/o insaturado con una longitud de cadena de carbono de C-1 a C-30.

4. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido iónico comprende al menos un halogenuro de 1-alquil-3-metilimidazolio, significando alquilo un hidrocarburo lineal o ramificado y/o saturado o insaturado con una longitud de cadena de carbono de C-1 a C-30 y significando halogenuro cloruro o bromuro.

5. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el líquido iónico comprende además iones promotores que son diferentes de los aniones de los líquidos iónicos y estos iones promotores se seleccionan entre el grupo fosfato (PO43-), fosfatos orgánicos (RO-PO3-), nitrato (NO3-), sulfato (SO42-), sulfatos orgánicos (RO-SO3-), carboxilato (R-COO -), metanida ([HCR8R9] y [CR8R9R10]-con R8, R9, R10 = CN,

-

NO o NO2, en la que R3, R9, R10 pueden ser iguales o diferentes), fluoruro (F -), cloruro (Cl -), bromuro (Br -), azida (N3 ), cianuro (CN -), cianato (OCN -), fulminato (R2CNO -) o tiocianato (SCN -).

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la síntesis de los cristales de silicato y/o las partículas de silicato se realiza a como máximo 150 ºC en un autoclave, particularmente en forma de una síntesis solvotermal en un autoclave con circulación forzada.

7. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sustrato metálico está compuesto de cobre, aluminio, hierro o aleaciones de los mismos o acero especial.

8. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de silicato está compuesta de un silicato de aluminio preferentemente una zeolita de la fórmula general

M2/zO ⋅ Al2O3 ⋅ xSiO2 ⋅ yH2O

en la que

M: significa un o más de un catión del grupo de los elementos alcalinos o alcalinotérreos, hidrógeno y/o amonio,

z: significa la valencia del catión o la suma de las valencias de los cationes,

x: significa de 1,8 a 12 y

y: significa de 0 a 8.

9. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de silicato comprende cristales de silicato y/o partículas de silicato que presentan un diámetro de partícula de como máximo 200 nm y particularmente de 10 a 150 nm.

10. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de silicato presenta un espesor de capa de al menos 10 µm, particularmente de al menos 10 µm y como máximo 200 µm y de forma muy particularmente preferente de al menos 50 µm y como máximo 150 µm.