Geles porosos a base de aminas aromáticas y cicloalifáticas.

Gel poroso que contiene los siguientes componentes en forma transformada:

(a1) al menos un isocianato multifuncional,

(a2) al menos una amina aromática multifuncional y

(a3) al menos una amina cicloalifática multifuncional,

en el que el gel poroso presenta una porosidad de al menos el 70 % en volumen.

Geles porosos a base de aminas aromáticas y cicloalifáticas La invención se refiere a un gel poroso que contiene los siguientes componentes en forma transformada:

(a1) al menos un isocianato multifuncional,

(a2) al menos una amina aromática multifuncional y

(a3) al menos una amina cicloalifática multifuncional

en el que el gel poroso presenta una porosidad de al menos el 70 % en volumen.

Además, la invención se refiere a un procedimiento para la preparación de geles porosos, a los geles porosos que pueden obtenerse así y al uso de los geles porosos como aislante y en paneles de aislamiento bajo vacío.

Los geles porosos con poros en el intervalo de tamaño de algunos micrómetros o claramente por debajo de esto y una porosidad alta de al menos el 70 % son aislantes térmicos especialmente buenos debido a consideraciones teóricas.

Aquellos materiales porosos con diámetro de poro promedio pequeño pueden encontrarse por ejemplo como xerogeles orgánicos. En la bibliografía no se usa el término xerogel en su totalidad de manera uniforme. En general se entiende por un xerogel un material poroso que se ha preparado mediante un procedimiento sol-gel, separándose del gel la fase líquida mediante secado por debajo de la temperatura crítica y por debajo de la presión crítica de la fase líquida (“condiciones subcríticas”) . A diferencia de esto se habla en general de aerogeles cuando la separación de la fase líquida del gel se realizó en condiciones supercríticas.

En el procedimiento sol-gel se prepara en primer lugar un sol a base de un precursor de gel orgánico reactivo y después se gelifica el sol mediante una reacción reticulante para dar un gel. Para obtener a partir del gel un material poroso, por ejemplo un xerogel, debe separarse el líquido. Esta etapa se designa a continuación de manera simplificada como secado.

El documento WO-95/02009 da a conocer xerogeles a base de isocianato, que son adecuados en particular para aplicaciones en el campo del aislamiento bajo vacío. La publicación da a conocer además un procedimiento basado en sol-gel para la preparación de xerogeles, pudiéndose usar poliisocianatos orgánicos entre otros conocidos así como un disolvente no reactivo. Como compuestos adicionales con átomos de H activos se usan poliaminas o polioles alifáticos o aromáticos. Los ejemplos dados a conocer en la publicación comprenden aquéllos en los que se hace reaccionar un poliisocianato con diaminodietiltolueno. Los xerogeles dados a conocer presentan generalmente tamaños de poro promedios en el intervalo de 50 μm. En un ejemplo se menciona un diámetro de poro promedio de 10 μm.

Por el documento WO2008/138978 se conocen xerogeles que contienen del 30 % al 90 % en peso al menos de un isocianato multifuncional y del 10 % al 70 % en peso al menos de una amina aromática multifuncional, cuyo diámetro de poro promedio ponderado en volumen asciende como máximo a 5 micrómetros.

Por el documento WO2009/027310 se conocen xerogeles partiendo de isocianatos multifuncionales y aminas alifáticas protegidas.

Por el documento EP 0 288 067 A1 se conoce el uso de aminas cicloalifáticas así como aromáticas multifuncionales para la preparación de elastómeros de poliuretano.

Sin embargo, las propiedades de material, en particular la estabilidad mecánica de los geles porosos conocidos a base de poliurea no son suficientes para todas las aplicaciones. Además, las formulaciones subyacentes muestran durante el secado en condiciones subcríticas un encogimiento con reducción de la porosidad y aumento de la densidad.

Por tanto el objetivo consistía en facilitar un gel poroso que no presentara los inconvenientes mencionados anteriormente o que los presentara en medida más baja. En particular, los geles porosos deberían presentar una porosidad elevada en comparación con el estado de la técnica y una densidad reducida. Además, los geles porosos deberían presentar también con presiones por encima del intervalo de vacío, en particular en un intervalo de presión de aproximadamente 0, 1 kPa a aproximadamente 10 kPa una baja conductividad térmica. Esto es deseable, dado que en paneles a vacío con el paso del tiempo resulta un aumento de presión. En particular, el gel poroso debería presentar una alta porosidad, baja densidad y una estabilidad mecánica suficientemente alta. Además, los geles porosos deberían presentar una baja inflamabilidad y una alta estabilidad frente a la temperatura.

Otro objetivo consistía en facilitar un procedimiento que pusiera al alcance un gel poroso con tamaño de poro pequeño, alta porosidad, baja densidad y al mismo tiempo alta estabilidad mecánica. Además, el procedimiento debería facilitar geles porosos con una baja conductividad térmica y debería conducir con la separación del disolvente en condiciones subcríticas a un encogimiento bajo.

De acuerdo con esto se encontraron los geles porosos de acuerdo con la invención y el procedimiento de acuerdo con la invención para la preparación de geles porosos.

Ciertas formas de realización preferentes pueden deducirse de las reivindicaciones y de la descripción. Las combinaciones de formas de realización preferentes no abandonan el contexto de esta invención.

Geles porosos De acuerdo con la invención, el gel poroso contiene los siguientes componentes en forma transformada:

(a1) al menos un isocianato multifuncional,

(a2) al menos una amina aromática multifuncional y

(a3) al menos una amina cicloalifática multifuncional,

en el que el gel poroso presenta una porosidad de al menos el 70 % en volumen.

Un gel poroso es en el contexto de la presente invención un material que es poroso y se obtiene por medio de un procedimiento sol-gel. El gel poroso de acuerdo con la invención se encuentra en el contexto de la presente invención como xerogel o como aerogel. Preferentemente se encuentra el gel poroso de acuerdo con la invención en el contexto de la presente invención como xerogel.

Por un xerogel se entiende en el contexto de la presente invención un gel poroso con una porosidad de al menos el 70 % en volumen y un diámetro de poro promedio ponderado en volumen de cómo máximo 50 micrómetros, que se preparó mediante un procedimiento sol-gel, separándose del gel la fase líquida mediante secado por debajo de la temperatura crítica y por debajo de la presión crítica de la fase líquida (“condiciones subcríticas”) .

A diferencia de esto se entiende por aerogel un correspondiente gel poroso cuando al separación de la fase líquida del gel se realiza en condiciones supercríticas.

Durante la separación de la fase líquida del gel actúan fuerzas capilares que influyen en la estructura de poro del gel poroso resultante. Durante la separación de la fase líquida del gel en condiciones supercríticas son muy bajas estas fuerzas capilares. Durante la separación de la fase líquida del gel en condiciones subcríticas, las fuerzas capilares dependiendo de la estabilidad y el tipo del gel y la polaridad del disolvente que va eliminarse producen un encogimiento del gel con modificación de la estructura de poro.

Uno o varios componentes monoméricos (a1) del tipo definido anteriormente forman por consiguiente el componente (a1) . Lo correspondiente se aplica para el componente monomérico (a2) y (a3) . Los componentes o componentes monoméricos (a1) , (a2) y (a3) se encuentran en el gel poroso en forma transformada. Por forma transformada se entiende un polímero o forma unida a polímero.

En una forma de realización preferente, el gel poroso de acuerdo con la invención contiene del 20 % al 90 % en peso del componente (a1) de al menos un isocianato multifuncional y del 9, 99 % al 45 % en peso del componente (a2) de al menos una amina aromática multifuncional así como (a3) del 0, 01 % al 35 % en peso al menos de una amina cicloalifática multifuncional, respectivamente con respecto al peso total de los componentes (a1) , (a2) y (a3) .

La suma de los % en peso de los componentes (a1) , (a2) y (a3) resulta con respecto al peso total de los componentes (a1) , (a2) y (a3) el 100 % en peso.

Preferentemente, el gel poroso contiene del 40 % al 80 % en peso del componente (a1) y del 19 % al 40 % en peso del componente (a2) así como del 1 % al 20 % en peso del componente (a3) , de manera muy especialmente preferente del 45 % al 79 % en peso del componente (a1) y del 19 % al 40 % en peso del componente (a2) así como del 2 % al 15 % en peso del componente (a3) , respectivamente con respecto al peso total de los componentes (a1) , (a2) y (a3) . Los % en peso reflejan siempre la cantidad usada de los componentes,... [Seguir leyendo]

1. Gel poroso que contiene los siguientes componentes en forma transformada:

(a1) al menos un isocianato multifuncional, (a2) al menos una amina aromática multifuncional y (a3) al menos una amina cicloalifática multifuncional,

en el que el gel poroso presenta una porosidad de al menos el 70 % en volumen.

2. Gel poroso según la reivindicación 1, en el que el material poroso es un xerogel.

3. Gel poroso según la reivindicación 1 o 2, que contiene los siguientes componentes en forma transformada:

(a1) del 20 % al 90 % en peso al menos de un isocianato multifuncional, (a2) del 9, 99 % al 45 % en peso al menos de una amina aromática multifuncional y (a3) del 0, 01 % al 35 % en peso al menos de una amina cicloalifática multifuncional,

en el que la suma de los % en peso de los componentes (a1) , (a2) y (a3) con respecto al peso total de los componentes (a1) , (a2) y (a3) da como resultado el 100 % en peso.

4. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el componente (a3) comprende un compuesto en forma transformada, que presenta al menos dos grupos amino de acuerdo con el siguiente elemento estructural:

en el que R1 a R4 pueden ser iguales o distintos y respectivamente independientemente entre sí se seleccionan de hidrógeno o de un grupo alquilo lineal o ramificado con de 1 a 12 átomos de carbono y en el que el anillo caracteriza un anillo cicloalifático, que puede llevar otros sustituyentes y/o puede estar enlazado con al menos otro anillo cicloalifático.

5. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el componente (a3) comprende al menos un compuesto en forma transformada, que presenta al menos dos grupos amino que están enlazados respectivamente con un anillo de ciclohexilo, en el que el anillo de ciclohexilo puede llevar otros sustituyentes y puede estar enlazado directa o indirectamente con al menos otro anillo de ciclohexilo dado el caso sustituido.

6. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el componente (a3) contiene al menos un compuesto de acuerdo con la siguiente estructura:

en la que R1 a R10 pueden ser iguales o distintos y respectivamente independientemente entre sí se seleccionan de hidrógeno o de un grupo alquilo lineal o ramificado con de 1 a 12 átomos de carbono.

7. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el componente (a3) es 3, 3’, 5, 5’-tetraalquil4, 4’-diaminodiciclohexilmetano, en el que los grupos alquilo en la posición 3, 3’, 5 y 5’ pueden ser iguales o distintos e independientemente entre sí se seleccionan de grupos alquilo lineales o ramificados con de 1 a 12 átomos de carbono.

8. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el componente (a3) es 3, 3’, 5, 5’-tetrametil4, 4’-diaminodiciclohexilmetano.

9. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el componente (a2) está compuesto de al menos una amina aromática multifuncional seleccionada de 4, 4’-diaminodifenilmetano, 2, 4’-diaminodifenilmetano,

2, 2’-diaminodifenilmetano y diaminodifenilmetano oligomérico.

Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el componente (a1) está compuesto de al menos un isocianato multifuncional seleccionado de difenilmetano-4, 4’-diisocianato, difenilmetano-2, 4’-diisocianato, difenilmetano-2, 2’-diisocianato y diisocianato de difenilmetano oligomérico.

11. Gel poroso según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el diámetro de poro promedio ponderado en volumen del gel poroso asciende como máximo a 3 micrómetros.

12. Procedimiento para la preparación de geles porosos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende

(a) proporcionar el componente (a1) y de manera separada del mismo los componentes (a2) y (a3) tal como se 10 define en una o varias de las reivindicaciones 1 a 11 respectivamente en un disolvente (C) ;

(b) hacer reaccionar los componentes (a1) a (a3) en presencia del disolvente (C) para dar un gel;

(c) secar el gel obtenido en la etapa previa.

13. Gel poroso que puede obtenerse de acuerdo con la reivindicación 12.

14. Uso de geles porosos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 11 o de geles porosos de acuerdo 15 con la reivindicación 13 como aislante.

15, Uso de geles porosos de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones 1 a 11 o de geles porosos de acuerdo con la reivindicación 13 para paneles de aislamiento bajo vacío.