Composición de silicio que comprende del 25 al 95% en peso de un gel de silicona,

cuyos componentes principales son disilanos hidrolizados, y del 3 al 75% en peso de un material ligante

5 Campo de la Técnica

La presente invención se refiere a una composición de silicio que contiene compuestos de silicio hidrolizados, así como a su utilización en la fabricación de productos cerámicos.

10 Antecedentes y Técnica Anterior

Los organohalosilanos, alcoxisilanos, halosilanos y en particular los metilclorosilanos son los bloques componentes a partir de los cuales se producen los polímeros de silicona. Los organohalosilanos y halosilanos son producidos comercialmente mediante el habitualmente denominado "proceso directo”, según el cual el metal de silicio se somete a reacción con un haluro orgánico o con cloruro de hidrógeno, opcionalmente en presencia de un catalizador. El proceso directo es bien conocido en la técnica y se describe por ejemplo en la US-A-2380995. Por ejemplo, en la producción comercial de metilclorosilanos por medio del proceso directo, se somete a reacción el metal de silicio en polvo finamente triturado con cloruro de metilo en presencia de un catalizador, mediante fluidización del polvo de silicio en un lecho fluido jaciendo atravesar cloruro de metilo gas por el mismo a una temperatura de entre 200ºC y 500ºC.

Al igual que los metilcloromonosilanos y/o cloromonosilanos, el proceso directo y otros procesos para la producción de compuestos de silicio orgánico o haluros de silicio a partir de silicio metal producen compuestos de silicio con un punto de ebullición más alto, en particular halosilanos con un punto de ebullición más alto, que son materiales químicamente activos. Una vez separados de los otros productos de reacción del proceso directo, estos compuestos de silicio de mayor punto de ebullición se pueden hidrolizar para obtener una mezcla de gel y sólidos, en adelante denominada “gel de silicona”, que es una mezcla de compuestos de silicio hidrolizados. Los métodos para producir dicho sólido o gel de silicona granular se describen por ejemplo en las US-A-4.408.030, US-A

4.690.810 y US-A-5.876.609.

Los presentes inventores han descubierto ahora una forma útil de procesamiento del gel de silicona u otros compuestos de silicio hidrolizados en artículos cerámicos que demuestran propiedades físicas y/o fisioquímicas mejoradas.

Sumario de la Invención

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona una composición de silicio que comprende del 25 al 95% en peso de un gel de silicona, cuyos componentes principales son disilanos hidrolizados, y del 3 al 75% en peso de un material ligante.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona una composición de silicio que comprende del 25 al 80% en peso de compuestos de silicio hidrolizados, del 10 al 75% en peso de un material ligante y del 10 al 70% en peso de un reactivo sólido que es reactivo frente a los compuestos de silicio hidrolizados pero que no actúa como ligante.

La invención incluye asimismo un método para elaborar un artículo cerámico, método que comprende la conformación de dicha composición de silicio para formar un artículo pre-cerámico y la cocción del artículo a temperatura elevada, e incluye también los artículos cerámicos así producidos.

La invención también incluye la utilización de compuestos de silicio hidrolizados como aditivos en una composición pre-cerámica que comprende arcilla y alúmina que se cuecen en horno para formar un artículo cerámico capaz de conservar su forma a una temperatura de 1.450ºC.

Descripción Detallada de la Invención

Tal como se emplea aquí “arcilla” corresponde a su definición en el diccionario; es decir, se refiere a diversas formas de silicato de aluminio hidratado, por ejemplo aquellos silicatos de aluminio hidratados de fórmula general nAl2O3mSiO2·xH2O, donde x es el grado de hidratación.

Tal como se emplea aquí “cerámica” corresponde a su definición habitual; es decir, un producto duro, frágil, fabricado mediante la acción del calor (denominada horneado o cocido) sobre materiales tales como materias primas terrosas y/u óxidos metálicos.

Preferentemente, los compuestos de silicio hidrolizados son el producto hidrolizado de organohalosilanos de alto punto de ebullición producidos en la fabricación de materiales de organosilicio o halosilanos, por ejemplo el gel de silicona producido mediante la hidrolización de compuestos de silicio de alto punto de ebullición en el producto del proceso directo. Un procedimiento típico para producir un gel de silicona consiste en la neutralización (hidrólisis) de los compuestos de silicio de alto punto de ebullición con una base, por ejemplo con una solución de cal, para reducir su reactividad, y su deshidratación, resultando en la mezcla de geles-sólidos. La composición exacta del gel de silicona así producido puede variar; típicamente, los componentes principales del gel de silicona son disilanos hidrolizados; es decir, la cantidad de disilanos en el gel de silicona es superior al 50% en peso, por ejemplo del 60 al 80% en peso. El gel de silicona puede contener también silmetilenos, es decir compuestos que contienen una parte >Si-CH2-Si<. El resto del gel de silicona comprende diversos materiales, incluyendo típicamente hierro, silicio metal, cobre, materiales orgánicos y sales (por ejemplo cloruro de calcio).

El gel de silicona se puede utilizar en la forma en la que se produce o puede ser modificado, por ejemplo mediante la separación de sólidos no gelificados y/o mediante la eliminación de sales. Los compuestos de silicio de alto punto de ebullición se pueden filtrar antes de ser hidrolizados; este paso elimina los materiales sólidos no gelificados, tales como silicio metal, hierro y cobre procedentes del recipiente de reacción del proceso directo. El gel de silicona se puede lavar después de su conformación para eliminar, al menos parcialmente, las sales solubles, tales como cloruro de calcio. La etapa de lavado puede combinarse con otra etapa de separación para eliminar una fase de minerales pesados; por ejemplo, la etapa de lavado se puede llevar a acabo en una centrifugadora. Los compuestos de silicio hidrolizados que se encuentran en forma gelificada son generalmente los más eficaces a la hora de impartir propiedades físicas y físico-químicas mejoradas a los productos cerámicos. Un gel modificado del que se han separado los sólidos no gelificados y las sales, se puede utilizar generalmente en un grado más bajo que una mezcla de geles y sólidos no modificada para obtener la misma termorresistencia en productos cerámicos y puede generar productos cerámicos con mejores propiedades físicas.

Los compuestos de silicio de alto punto de ebullición que incluyen disilanos se producen también mediante otros procesos, por ejemplo por el proceso denominado "TMS Directo" para la fabricación de trimetoxisilano y tetrametoxisilano a partir de silicio y metanol en presencia de cobre. El flujo de compuestos de silicio de alto punto de ebullición procedentes de dicho proceso se puede hidrolizar, preferentemente con deshidratación, tal como se ha descrito anteriormente, para producir compuestos de silicio hidrolizados adecuados para su utilización en la presente invención.

Salvo indicado de otro modo en este documento, todos los % en peso de los componentes son porcentajes en peso del peso total de la composición de silicio (antes del horneado) o de la composición cerámica, según el caso. El % en peso de un componente se refiere al peso en seco de aquel componente salvo indicado de otro modo. El % en peso dado para el gel de silicona y otros compuestos de silicio hidrolizados en la composición de silicio antes del horneado es el porcentaje en peso del material de gel de silicona hidratado, que contiene típicamente alrededor del 40 al 50% en peso de agua.

El grado de compuestos de silicio hidrolizados (por ejemplo gel de silicona) en las composiciones de silicio puede oscilar entre el 25% en peso y alrededor del 95%, preferentemente hasta el 80% en peso. Por ejemplo, los compuestos de silicio hidrolizados pueden estar presentes en un grado de al menos un 40 o un 50% en peso de la composición de silicio.

El material ligante es generalmente un material que mejora la cohesión de los constituyentes de la composición de silicio. Preferentemente, el material ligante es reactivo frente a los compuestos de silicio hidrolizados. Los materiales capaces de neutralizar los halosilanos generalmente son reactivos hasta cierto punto con el gel de silicona. Los materiales ligantes adecuados incluyen arcillas e hidróxidos...

1. Composición de silicio que comprende del 25 al 95% en peso de un gel de silicona, cuyos componentes principales son disilanos hidrolizados, y del 3 al 75% en peso de un material ligante.

2. Composición de silicio según la reivindicación 1, que comprende del 25 al 80% en peso de compuestos de silicio hidrolizados, del 10 al 75% en peso de un material ligante y del 10 al 70% en peso de un reactivo sólido que es reactivo frente a los compuestos de silicio hidrolizados pero que no actúa como ligante.

3. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los compuestos de silicio hidrolizados comprenden disilanos hidrolizados y silmetilenos.

4. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición de disilano hidrolizada es el producto hidrolizado de organohalosilanos producidos en la fabricación de materiales de organosilicio o halosilanos.

5. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la composición de disilano hidrolizada es el gel producido por hidrolización de organohalosilanos de alto punto de ebullición producidos en la fabricación de organohalosilanos o halosilanos por medio del proceso directo, en el que el silicio metal se somete a reacción con un haluro orgánico o con cloruro de hidrógeno.

6. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el gel es modificado por lavado con agua y por eliminación del material sólido del gel o de los organohalosilanos de alto punto de ebullición.

7. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material ligante es reactivo frente a los compuestos de silicio hidrolizados.

8. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el material ligante se selecciona de entre arcilla e hidróxido de aluminio.

9. Composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizada porque el reactivo sólido que es reactivo frente a los compuestos de silicio hidrolizados pero que no actúa como ligante es un óxido metálico.

10. Composición de silicio según la reivindicación 9, caracterizada porque el óxido metálico es alúmina.

11. Método para elaborar un artículo cerámico, comprendiendo dicho método la conformación de la composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para formar un artículo pre-cerámico así como la cocción del artículo a temperatura elevada.

12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque el artículo se hornea a una temperatura situada en el rango de 1.100 a 1.900ºC.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque la composición de silicio es tal como se define en la reivindicación 2 y el artículo se hornea a una temperatura situada en el rango de 1.400 a 1.900ºC.

14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque la composición de silicio se conforma en accesorios refractarios.

15. Método según la reivindicación 13 para la producción de material aislante refractario.

16. Artículo cerámico producido por medio del método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15.

17. Artículo cerámico según la reivindicación 16 que comprende del 25 al 65% en peso de sólidos procedentes de compuestos de silicio hidrolizados, del 3 al 30% en peso de sólidos de material ligante y del 30 al 70% en peso de un reactivo sólido no ligante.

18. Utilización de compuestos de silicio hidrolizados en una composición de silicio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que comprenden arcilla y alúmina, los cuales se hornean para formar un artículo cerámico capaz de conservar su forma a una temperatura de 1.450ºC.