Un proceso para colar continuamente un material de hoja de gel cargado con disolvente,

que comprende:combinar continuamente un sol y un agente inductor de gel para formar un sol catalizado;

formar una hoja de gel por distribución del sol catalizado sobre un elemento móvil a una velocidad predeterminadaeficaz para permitir que ocurra la gelificación en el sol catalizado sobre el elemento móvil, en donde elelemento móvil es una cinta transportadora con una sola superficie de moldeo; e

introducir material fibroso de guata o esterilla en el elemento móvil para combinación con el sol catalizadoantes de la gelificación.

Métodos para producción de hojas de gel

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a la preparación de hojas de gel cargadas con disolvente de una manera continua. Dichas hojas de gel se utilizan en la fabricación de mantas de aerogel, composiciones de aerogel, monolitos de aerogel y otros productos basados en aerogel.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA AFÍN

Los aerogeles describen una clase de material basada en su estructura, a saber, baja densidad, estructuras de celdilla abierta, grandes superficies específicas (a menudo 900 m2/g o mayores) y tamaños de poro de escala subnanométrica. Las tecnologías de extracción con fluidos supercríticos y subcríticos se utilizan a menudo para extraer el fluido de las celdillas frágiles del material. Se conocen una diversidad de composiciones de aerogel diferentes, y pueden ser inorgánicas u orgánicas. Los aerogeles inorgánicos están basados generalmente en alcóxidos metálicos e incluyen materiales tales como sílice, carburos, y alúmina. Los aerogeles orgánicos incluyen, pero sin carácter limitante, aerogeles de uretano, aerogeles de resorcinol-formaldehído, y aerogeles de poliimida.

Los materiales de aerogel de baja densidad (0, 01-0, 3 g/cc) están considerados de modo generalizado como los mejores aislantes térmicos sólidos, mejores que las espumas rígidas óptimas con conductividades térmicas de 10-15 mW/m-K e inferiores a 100ºF (37, 8ºC) y a la presión atmosférica. Los aerogeles se comportan como aislantes térmicos fundamentalmente por minimizar la conducción (baja densidad, recorrido tortuoso para transmisión de calor a través de la nanoestructura sólida) , la convección (los tamaños de poro muy pequeños minimizan la convección) , y radiación (los impurificadores absorbentes o difusores IR se dispersan fácilmente en toda la matriz del aerogel) . Dependiendo de la formulación, aquéllos pueden funcionar satisfactoriamente a temperaturas criogénicas hasta 550ºC y temperaturas superiores. Los materiales de aerogel exhiben también muchas otras propiedades acústicas, ópticas, mecánicas y químicas interesantes que los hacen sumamente útiles.

Los materiales aislantes de baja densidad se han desarrollado para resolver cierto número de problemas de aislamiento térmico en aplicaciones en las cuales el aislamiento de un núcleo experimenta fuerzas de compresión importantes. Por ejemplo, se han compuesto materiales polímeros con microesferas huecas de vidrio para crear espumas sintácticas, que son típicamente materiales muy rígidos resistentes a la compresión. Los materiales sintácticos son bien conocidos como aislantes para conducciones y equipo de soporte submarinas de petróleo y gas. Los materiales sintácticos son relativamente inflexibles y poseen una elevada conductividad térmica con relación a las composiciones de aerogel flexibles (matrices de aerogel reforzadas por fibras) . Los aerogeles pueden formarse a partir de precursores de gel flexibles. Diversas capas flexibles, que incluyen aerogeles flexibles reforzados con fibras, pueden combinarse y conformarse fácilmente para producir preformas que, cuando se comprimen mecánicamente a lo largo de uno o más ejes, proporcionan cuerpos resistentes a la compresión a lo largo de cualquiera de dichos ejes. Los cuerpos de aerogel que están comprimidos de esta manera exhiben valores de aislamiento térmico mucho mejores que las espumas sintácticas. Los métodos para producir rápidamente estos materiales facilitarán el uso en gran escala de los mismos en conducciones submarinas de petróleo y gas como aislamiento externo.

Los métodos convencionales para producción de hojas de gel compuestas y/o reforzadas con fibras por la química sol-gel descritos en la bibliografía de patentes y científica implican invariablemente colada por lotes. La colada por lotes se define en esta memoria como la catálisis de un volumen total de sol para inducir gelificación simultáneamente en la totalidad de dicho volumen. Los métodos de formación de gel son bien conocidos por los expertos en la técnica: ejemplos incluyen el ajuste del pH y/o la temperatura de un sol de óxido metálico diluido hasta un punto en el que se produce la gelificación (R. K. Iler, Colloid Chemistr y of Silica and Silicates, 1954, capítulo 6; R. K. Iler, The Chemistr y of Silica, 1979, capítulo 5, C. J. Brinker y G. W. Scherer, Sol-Gel Science, 1990, capítulos 2 y 3) .

La patente U.S. No. 6.068.882 (Ryu) da a conocer un ejemplo de un material compuesto de aerogel reforzado con fibras que puede llevarse a la práctica con las realizaciones de la presente invención. Los materiales precursores compuestos de aerogel preferidos utilizados en la presente invención son tales como Cr y ogel®, Pyrogel®, o Spaceloft™ vendidos comercialmente por Aspen Aerogels, Incorporated. La patente U.S. No. 5.306.555 (Ramamurthi et al.) da a conocer un material compuesto de matriz de aerogel constituido por un aerogel a granel con fibras dispersadas en el interior del aerogel a granel y un método para preparar la composición de la matriz de aerogel.

US 6.187.250 B1 se refiere a un aparato y un método que permite a un experto en la técnica fabricar continuamente geles en plancha con o sin gradiente de tal modo que los geles producidos se conforman, se polimerizan y se cortan uniformemente a un tamaño específico en caso necesario, de una manera producida en gran escala, en línea de ensamblaje.

US 5.089.188 se refiere a un proceso de hilado en fase húmeda con chorro húmedo y seco para producir una o varias fibras que contienen material silíceo.

US 4.801.476 se refiere a un método para producción de redes bidimensionales de gran área constituidas por partículas coloidales estrechamente compactadas.

US 6.527.920 B1 se refiere a un aparato de electrochapado que previene la degradación mediada anódicamente de aditivos electrolíticos por creación de un mecanismo para mantenimiento separado del anolito y el catolito y prevención de la mezcladura de los mismos en el interior de una cámara de chapado electrolítico. La separación se realiza por interposición de una barrera porosa de transporte químico entre el ánodo y el cátodo. La barrera de transporte limita el transporte químico (por difusión y/o convección) de todas las especies químicas pero permite la migración de especies iónicas (y por tanto el paso de la corriente) durante la aplicación de campos eléctricos suficientemente grandes en el interior del electrólito.

US 6.241.928 B1 da a conocer un método para la producción continua de un hidrogel conformado de resina absorbente.

US 5.674.663 describe un método para aplicación de una resina curable, tal como una resina fotosensible, a un sustrato tal como una cinta sin fin de deshidratación de las fábricas de papel. El método comprende los pasos de proporcionar un sustrato; proporcionar una resina líquida curable; proporcionar un segundo material diferente de la resina líquida curable; aplicar el segundo material al sustrato para ocupar al menos algunos de los espacios vacíos en el sustrato, intermedios entre las superficies primera y segunda del sustrato; aplicar la resina curable al sustrato; curar al menos parte de la resina para proporcionar una capa de resina sobre el sustrato; y eliminar al menos parte del segundo material del sustrato, en donde al menos parte del segundo material se elimina del sustrato después de aplicación de la resina curable al sustrato.

Finalmente, FR 2.441.789 describe un proceso de producción de revestimientos protectores para capas de aislamiento térmico.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Esta invención describe métodos de colada sol-gel continuos y semicontinuos que están notablemente mejorados con respecto a los métodos convencionales de colada sol-gel por lotes para hojas de gel, hojas de gel flexibles reforzadas con fibras, y rollos de materiales de gel compuestos.

Más específicamente, la invención describe métodos para combinar continuamente una solución de baja viscosidad de un sol, y un agente (catalizador térmico o catalizador químico) que induce la formación de gel, y formar una hoja de gel sobre un elemento móvil, tal como una cinta transportadora con bordes que define el volumen de la hoja de gel formada por distribución del sol catalizado a una velocidad predeterminada eficaz para permitir que ocurra la gelificación sobre el elemento móvil. El sol incluye... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para colar continuamente un material de hoja de gel cargado con disolvente, que comprende:

combinar continuamente un sol y un agente inductor de gel para formar un sol catalizado;

formar una hoja de gel por distribución del sol catalizado sobre un elemento móvil a una velocidad predeterminada eficaz para permitir que ocurra la gelificación en el sol catalizado sobre el elemento móvil, en donde el elemento móvil es una cinta transportadora con una sola superficie de moldeo; e

introducir material fibroso de guata o esterilla en el elemento móvil para combinación con el sol catalizado antes de la gelificación.

2. El proceso de la reivindicación 1, en donde el sol comprende un material seleccionado del grupo construido

por materiales inorgánicos, materiales orgánicos, y una combinación de los materiales inorgánicos y los materiales orgánicos.

3. El proceso de la reivindicación 1, en donde el elemento móvil incluye bordes.

4. El proceso de la reivindicación 2, en el cual los materiales inorgánicos se seleccionan del grupo constituido por dióxido de circonio, óxido de itrio, óxido de hafnio, alúmina, dióxido de titanio, dióxido de cerio y sílice, óxido de magnesio, óxido de calcio, fluoruro de magnesio, fluoruro de calcio, y combinaciones de los mismos.

5. El proceso de la reivindicación 2, en el cual los materiales orgánicos se seleccionan del grupo constituido por

poliacrilatos, poliolefinas, poliestirenos, poliacrilonitrilos, poliuretanos, poliimidas, poli (alcohol furfurílico) , fenolalcohol furfurílico, melamina-formaldehídos, resorcinol-formaldehídos, cresol-formaldehído, fenol-formaldehído, poli (vinil alcohol) -dialdehído, policianuratos, poliacrilamidas, diversos epóxidos, agar, agarosa, y combinaciones de los mismos.

6. El proceso de la reivindicación 1, en el cual el material fibroso de guata o esterilla incluye fibras seleccionadas del grupo constituido por materiales inorgánicos, materiales orgánicos, y una combinación de los materiales inorgánicos y los materiales orgánicos.

7. El proceso de la reivindicación 1, en el cual el material fibroso de guata o esterilla incluye fibras que tienen un 35 diámetro comprendido dentro del intervalo de aproximadamente 0, 1 !m a 1000 !m.

8. El proceso de la reivindicación 1, en el cual el material fibroso de guata o esterilla incluye fibras que tienen un diámetro comprendido dentro del intervalo de aproximadamente 0, 001 !m a 10 !m.

9. El proceso de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente el paso de:

distribuir fibras rizadas por toda la hoja de gel.

10. El proceso de la reivindicación 1, que comprende

45 inducir gelificación en el elemento móvil por un proceso seleccionado del grupo constituido por (a) un proceso químico, y (b) disipación de una cantidad predeterminada de energía procedente de una fuente energética en un área de sección transversal del sol.

50 11. El proceso de la reivindicación 10, en el cual la fuente de energía se selecciona del grupo constituido por una fuente de energía electromagnética, una fuente de energía infrarroja, una fuente de energía de rayos X, una fuente de energía de microondas, una fuente de energía de rayos gamma, una fuente de energía acústica, una fuente de energía de ultrasonidos, una fuente de energía de rayos constituidos por partículas, una fuente de energía de haces electrónicos, una fuente de energía de partículas beta, una fuente de energía de partículas alfa, y combinaciones de

55 las mismas.