Espuma elástica híbrida inorgánica-orgánica.

Método para preparar una espuma de silicato espumando una mezcla que contiene 10 a 90 % en peso de una dispersión acuosa de partículas de SiO2 A),

las cuales tienen un diámetro de partícula promedio en el rango de 1 a 100 nm,

1 a 45 % en peso de un polímero B) con funciones amino disuelto en agua

5 a 50 % en peso de un agente propelente C)

1 a 5 % en peso de un emulsionante D)

0,01 a 5 % en peso de un agente de reticulación E) capaz de reaccionar con el polímero B),

en cuyo caso los porcentajes en peso de los componentes A) y B) se refieren al sólido y la suma de A) hasta E) da como resultado 100 % en peso.

Espuma elástica híbrida inorgánica-orgánica

La presente invención hace referencia a un método para la preparación de una espuma de silicato elástica, así como a la espuma que puede obtenerse según el método y a su uso.

Para aislamiento térmico e insonorización con frecuencia se emplean espumas orgánicas a base de poliestireno, poliolefinas o poliuretanos. Sin embargo, estas son relativamente fácil inflamables y combustibles sin la adición de aditivos ignífugos.

Debido a su composición química las espumas de melamina-formaldehído poseen ya propiedades favorables antiincendio. Para mejorar las propiedades anti-incendio, el esqueleto de las celdas de las espumas de resina de melamina de celdas abiertas se impregna, por ejemplo, con una sal de amonio (EP-A 1 146 070) o silicato de sodio (WO 2007/023118) .

En DE-A 21 65 912 se describe un método para la preparación de espumas en el que se hacen espumar soluciones acuosas de silicato junto con agentes de curado que disocian ácido con ayuda de agentes propelentes orgánicos volátiles y se curan. La densidad de las espumas de celdas abiertas varía entre 20 y 900 g/l.

La DE-A 32 44 523 describe la preparación de espumas in situ en cuyo caso una solución de silicato de metal alcalino se mezcla a presión con una solución de agente de curado y un gas propelente líquido. Como agentes de curado se emplean ésteres carboxílicos que disocian ácido.

La US 3, 737, 332 describe una espuma de celda cerrada, de alta densidad, la cual puede obtenerse soplando aire hacia un lodo de alúmina y secando y calcinando a continuación a temperaturas en el rango de 540 a 1500°C. El carácter de celdas cerradas se logra mediante la estabilización del lodo de alúmina con amidas de ácido graso. Con el fin de fijar las partículas de alúmina en las paredes de las celdas y hacer la espuma más estable, a continuación se calcina a altas temperaturas.

Las espumas inorgánicas previamente mencionadas a base de silicato son de manera natural difícilmente inflamables. Sin embargo tienen por lo regular una densidad relativamente alta y una fragilidad.

De la DE 22 27 147 A1 y DE 25 20 079 A1 se conocen materiales sintéticos y espumas inorgánicos-orgánicos de alta resistencia, elasticidad, con forma estable al calor y baja inflamabilidad, los cuales pueden obtenerse mezclando una solución acuosa de silicato con un prepolímero orgánico que tiene grupos isocianato ubicados en los extremos o mediante reacción de una mezcla de sol acuosa de sílice y poliisocianato orgánico.

La WO 031018476 describe una espuma inorgánica elástica con una densidad de menos de 25 kg/m3 a base de un aluminosilicato con una proporción molar SiO2 : Al2O3 de 20 : 1 a 1 : 1. El alto contenido de sal conduce durante la preparación a reacciones de ruptura de la cadena y, sin embargo, la estabilidad mecánica aún no es suficiente. El alargamiento a la rotura para la espuma se encuentra por debajo de 1 %.

La WO 2007/048729 describe una espuma de silicato pobre en sodio con una densidad de menos de 25 kg/m3 para el aislamiento térmico o la insonorización. La espuma de celdas abiertas se obtiene mezclando una dispersión de partículas de SiO2, las cuales tienen un diámetro promedio de partícula en el rango de 1 a 100 nm, con un surfactante y un agente propelente a temperaturas por debajo de 50°C y espumando la mezcla mediante calentamiento a una temperatura en el rango de 60 a 100°C o por despresurización. La estabilidad mecán ica de la espuma se desarrolla mediante un proceso de de sinterización a temperaturas por encima de 200°C.

En la WO2008/132110 se propone realizar una saponificación parcial de partículas de SiO2 coloidales con hidróxido de metal alcalino para mejorar la capacidad de espumarse.

Debido a su alta estabilidad térmica, carácter no combustible y sus pequeñas fracciones volátiles, son interesantes las espumas inorgánicas flexibles. Sin embargo, para muchas aplicaciones, las espumas propuestas hasta ahora no muestran la elasticidad deseada.

La DE 10 2004 006 563 A1 describe un método para la preparación de espumas híbridas orgánicas - inorgánicas en el que un aluminosilicato amorfo se espuma con un surfactante adicionando un compuesto de silicio orgánico y se cura con una solución de silicato de metal alcalino como agente de curado para el aluminosilicato. Como agente de espuma se usan peróxidos o aluminio. Las espumas híbridas deben mostrar una absorción de agua reducida, una resistencia a la abrasión elevada y una absorción de ruido mejorada.

La WO 2008/007187 describe un material híbrido a partir de un polímero espumado, principalmente poliuretano y un aglutinante inorgánico como yeso o cemento con buen efecto aislante térmico y acústico, permeabilidad al vapor de agua, buena conducta antiincendios y buena adhesividad al concreto y al mortero.

Es objeto fundamental de la invención proporcionar una espuma no combustible de baja densidad, que se distinguiera no solo por buenas propiedades de aislamiento térmico e insonorización sino también por una elasticidad mejorada y que, de esta manera, fuera fácilmente manejable y procesable. Además, el método para la preparación de la espuma debería hacer posible una resistencia mecánica suficiente incluso sin el paso de sinterización que tiene altos costes energéticos.

Por consiguiente, se ha encontrado un método para la preparación de una espuma de silicato espumando una mezcla que contiene a 90 % en peso, preferible 10 a 80 % en peso, particularmente preferible 40 a 70 % en peso de una dispersión acuosa A) de partículas de SiO2, que tienen un diámetro de partícula promedio en el rango de 1 a 100 nm, 1 a 45 % en peso, preferible 5 a 30 % en peso, particularmente preferible 10 a 20 % en peso de un polímero B) con funciones amino, disuelto en agua a 50 % en peso, preferible 10 a 50 % en peso, particularmente preferible 20 a 35 % en peso de un agente propelente C)

1 a 5 % en peso, preferible 2 a 3 % en peso de un emulsionante D)

0, 01 a 5 % en peso, preferible 0, 1 a 1 % en peso de un agente de reticulación capaz de reaccionar con el polímero B) .

Los porcentajes en peso de los componentes A) y B) disueltos o dispersos en agua se refieren al sólido de estos componentes y la suma de A) hasta E) da como resultado 100 % en peso Un método preferido para la preparación de la espuma de silicato de la invención comprende las etapas:

(a) mezclar una dispersión acuosa de partículas de SiO2 A) , las cuales tienen un diámetro de partícula promedio en el rango de 1 a 100 nm, con una solución acuosa del polímero B) ,

(b) Adición de un agente propelente C) y de un emulsionante D) ,

(c) Adición de un agente de reticulación E) capaz de reaccionar con el polímero B) ,

(d) Espumado de la mezcla obtenida según la etapa (c) calentando a una temperatura en el rango de 35 a 100°C o mediante despresurización.

Como una dispersión acuosa de partículas de SiO2 A) se emplea preferiblemente una dispersión acuosa, coloidal de partículas de SiO2, las cuales están hidroxiladas en la superficie. El diámetro de partícula promedio de las partículas de SiO2 se encuentra en el rango de 1 a 100 nm, preferible en el rango de 10 a 50 nm. El área específica de las partículas de SiO2 se encuentra por lo regular en el rango de 10 a 3000 m2/g. preferible en el rango de 30 a 1000 m2/g.

El contenido de sólidos de la dispersión de partículas de SiO2 comercial depende del tamaño de partícula y se encuentra por lo regular en el rango de 10 a 60, preferible en el rango de 30 a 50 % en peso. Las dispersiones acuosas, coloidales, de partículas de SiO2 pueden obtenerse mediante neutralización de silicatos de sodio diluidos con ácidos, intercambio iónico, hidrólisis de compuestos de silicio como, por ejemplo, alcoxisilanos, dispersión de silicato pirogénico o precipitación de gel.

El polímero B) es soluble en agua y se emplea en forma de una solución acuosa, preferible en una concentración de al menos 50 g/l, principalmente de al menos 100 g/l. Como polímero B) se emplea un polímero con funciones amino, principalmente una polivinilamina.

Agentes propelentes C) preferidos son compuestos orgánicos volátiles como, por ejemplo, hidrocarburos, hidrocarburos halogenados, alcoholes, éteres, cetonas y ésteres. Particularmente se prefieren hidrocarburos de C4-C8, principalmente butano, pentano o hexano.... [Seguir leyendo]

1. Método para preparar una espuma de silicato espumando una mezcla que contiene a 90 % en peso de una dispersión acuosa de partículas de SiO2 A) , las cuales tienen un diámetro de partícula promedio en el rango de 1 a 100 nm, 1 a 45 % en peso de un polímero B) con funciones amino disuelto en agua 5 a 50 % en peso de un agente propelente C) 1 a 5 % en peso de un emulsionante D) 0, 01 a 5 % en peso de un agente de reticulación E) capaz de reaccionar con el polímero B) , en cuyo caso los porcentajes en peso de los componentes A) y B) se refieren al sólido y la suma de A) hasta E) da como resultado 100 % en peso.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

(a) mezclar una dispersión acuosa de partículas de SiO2 A) , las cuales tienen un diámetro de partícula promedio en el rango de 1 a 100 nm, con una solución acuosa del polímero B) ,

(b) adicionar un agente propelente C) y un emulsionante D) y dispersar el agente propelente,

(c) adicionar un agente de reticulación E) capaz de reaccionar con el polímero B) ,

(d) espumar la mezcla obtenida después de la etapa (c) calentando a una temperatura en el rango de 35 a 100°C o mediante despresurización.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque se emplea una polivinilamina como polímero con funciones de amino.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como emulsionante D) se emplea un alquilpoliglucósido, éter sulfato de alquilo o fosfato de éter de alquilo.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como agente propelente C) se emplea un hidrocarburo de C4-C8.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como agente de reticulación E) se emplea un dialdehído.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque a la dispersión acuosa de partículas de SiO2 A) se adiciona almidón o celulosa modificada.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la suma de las fracciones de sólidos del polímero B) y del agente de reticulación E) se encuentran en el rango de 1 a 30 % en peso, respecto de la espuma de silicato.

9. Espuma de silicato que puede obtenerse según un método de acuerdo con la reivindicación 1 a 8, caracterizado porque tiene una densidad en el rango de 5 a 50kg/m3.

10. Espuma de silicato según la reivindicación 9, caracterizada porque tiene una estructura de celdas abiertas según DIN ISO 4589 de más de 50 %.

11. Uso de la espuma según la reivindicación 9 o 10 para el aislamiento térmico o la insonorización.

12. Uso de la espuma según la reivindicación 9 o 10 para propósitos de limpieza o de pulimento.