Utilización de una dispersión de sílice coloidal.

Método de producción de una dispersión de sílice coloidal silanizada sustancialmente acuosa y estable,

comprendiendo opcionalmente dicha dispersión acuosa un disolvente orgánico en una cantidad de 1 a 20 por ciento en volumen basado en el volumen total de la dispersión, y teniendo un contenido en sílice de al menos 20% en peso, que comprende mezclar en un medio acuoso al menos un compuesto de silano y partículas de sílice coloidal en una relación de pesos de silano a sílice de 0,003 a 0,2, en el que las partículas de sílice se añaden en una cantidad para obtener un contenido de sílice en la dispersión que se forma de al menos 20% en peso.

Utilización de una dispersión de sílice coloidal La presente invención se refiere al uso de una dispersión de sílice coloidal silanizada sustancialmente acuosa y estable, según se define en la reivindicación 1.

Las dispersiones de sílice coloidal se han usado durante mucho tiempo, p.ej. como material de revestimiento para 5 mejorar las propiedades adhesivas, así como incrementar la resistencia al desgaste y al agua de diversos materiales. Sin embargo, estas dispersiones, especialmente las dispersiones de sílice coloidal altamente concentradas, son susceptibles de gelificación o precipitación de la sílice, lo que hace imposible un almacenamiento largo.

El resumen en idioma inglés del documento JP 3258878 describe una composición de revestimiento preparada 10 mezclando un alcoxisilano con un sol de sílice preparado haciendo reaccionar un ácido hidrosilicofluórico o una sal de amonio del mismo con amoniaco en un medio acuoso, separando del medio acuoso la sílice precipitada formada y moliendo la sílice precipitada en estado húmedo.

Un método de producción de una dispersión de sílice coloidal silanizada sustancialmente acuosa y estable que tiene un contenido en sílice de al menos 20% en peso, comprende mezclar al menos un compuesto de silano y partículas 15 de sílice coloidal, en donde la relación de pesos de silano a sílice es de 0, 003 a 0, 2, preferiblemente de 0, 006 a 0, 15, y lo más preferiblemente de 0, 015 a 0, 1.

La mezcla se lleva a cabo preferiblemente a una temperatura por debajo de 50º C, más preferiblemente por debajo de 35º C. Las temperaturas por encima de 50º C pueden dar como resultado una autocondensación al menos parcial del silano, lo que reduce la estabilidad de la dispersión, las propiedades adhesivas, así como las propiedades de 20 resistencia al desgaste y al agua que comunica la dispersión. El tiempo de mezcla no es crítico, pero es adecuadamente de hasta 3 horas, preferiblemente hasta 2 horas. Sin embargo, una dispersión puede necesitar sólo hasta 10 minutos, o preferiblemente sólo hasta 5 minutos, o lo más preferiblemente sólo hasta 1 minuto de mezcla, dependiendo de los tipos de silano y partículas de sílice coloidal mezclados. Preferiblemente, se añade el silano a las partículas de sílice coloidal. Preferiblemente, el silano se diluye antes de mezclarlo con las partículas de sílice 25 coloidal, que están dispersadas preferiblemente en un sol de sílice acuoso. Preferiblemente, el silano se diluye con agua para formar una premezcla de silano y agua, adecuadamente en una relación de pesos de 1:8 a 8:1, preferiblemente de 3:1 a 1:3, y lo más preferiblemente de 1, 5:1 a 1:1, 5. La disolución resultante es sustancialmente transparente y estable, y fácil de añadir a las partículas de sílice coloidal. El tiempo de mezcla de las partículas de sílice coloidal y el silano acuoso premezclado es adecuadamente de hasta 5 minutos, preferiblemente hasta 1 30 minuto.

La mezcla se puede llevar a cabo a un pH de 1 a 13, preferiblemente de 6 a 12, y lo más preferiblemente de 7, 5 a 11.

Por el término "estable", particularmente en el contexto "dispersión de sílice coloidal silanizada sustancialmente acuosa y estable" se quiere decir que la dispersión o las partículas de sílice coloidal silanizada dispersadas en la 35 misma no se gelifican o precipitan sustancialmente en un periodo de preferiblemente al menos 2 meses, más preferiblemente al menos 4 meses, y lo más preferiblemente al menos 5 meses en un almacenamiento normal a temperatura ambiente (20º C) .

Preferiblemente, el incremento relativo en viscosidad de la dispersión dos meses después de la preparación de la misma es menor que 100%, más preferiblemente menor que 50%, y lo más preferiblemente menor que 20%. 40

Preferiblemente, el incremento relativo en viscosidad de la dispersión cuatro meses después de la preparación de la misma es menor que 200%, más preferiblemente menor que 100%, y lo más preferiblemente menor que 40%.

Las partículas de sílice coloidal, que se denominan también aquí soles de sílice, pueden proceder de, p.ej., sílice precipitada, microsílice (humo de sílice) , sílice pirogénica (sílice ahumada) o geles de sílice con suficiente pureza, y mezclas de las mismas. 45

Las partículas de sílice coloidal y soles de sílice pueden estar modificados y pueden contener otros elementos tales como aminas, aluminio y/o boro, que pueden estar presentes en las partículas y/o en la fase continua. Se describen soles de sílice modificados con boro en, p.ej., la patente de EE.UU. 2.630.410. Las partículas de sílice modificadas con aluminio tienen adecuadamente un contenido de Al2O3 de 0, 05 a 3% en peso, preferiblemente de 0, 1 a 2% en peso. El procedimiento de preparación de un sol de sílice modificado se describe con más detalle en, p.ej., "The 50 Chemistr y of Silica", de Iler, K. Ralph, páginas 407-409, John Wiley & Sons (1979) y en la patente de EE.UU. 5.368.833.

Las partículas de sílice coloidal tienen adecuadamente un diámetro medio de partícula que oscila de 2 a 150 nm, preferiblemente de 3 a 50 nm, y lo más preferiblemente de 5 a 40 nm. Adecuadamente, las partículas de sílice coloidal tienen un área superficial específica de 20 a 1500, preferiblemente de 50 a 900, y lo más preferiblemente de 70 a 600 m2/g.

Las partículas de sílice coloidal tienen preferiblemente una distribución de tamaños de partícula estrecha, es decir, una baja desviación estándar relativa del tamaño de partícula. La desviación estándar relativa de la distribución de tamaños de partícula es la relación de la desviación estándar de la distribución de tamaños de partícula al tamaño 5 medio de partícula en números. La desviación estándar relativa de la distribución de tamaños de partícula es preferiblemente menor que 60% en números, más preferiblemente menor que 30% en números, y lo más preferiblemente menor que 15% en números.

Las partículas de sílice coloidal están dispersadas en un disolvente sustancialmente acuoso, adecuadamente en presencia de cationes estabilizantes tales como K+, Na+, Li+, NH4+, cationes orgánicos, aminas primarias, 10 secundarias, terciarias y cuaternarias, y mezclas de los mismos, para formar un sol de sílice acuoso. Sin embargo, también se pueden usar dispersiones que comprenden disolventes orgánicos miscibles con el agua, p.ej. alcoholes inferiores, acetona o mezclas de los mismos, preferiblemente en una cantidad de 1 a 20, más preferiblemente de 1 a 10, y lo más preferiblemente de 1 a 5 por ciento en volumen del volumen total. Sin embargo, se usan preferiblemente soles de sílice sin ningún disolvente adicional. Preferiblemente, las partículas de sílice coloidal están 15 cargadas negativamente. Adecuadamente, el contenido de sílice en el sol es de 20 a 80, preferiblemente de 25 a 70, y lo más preferiblemente de 30 a 60% en peso. Cuanto más alto es el contenido en sílice, más concentrada es la dispersión de sílice coloidal silanizada resultante. El pH del sol de sílice es adecuadamente de 1 a 13, preferiblemente de 6 a 12, y lo más preferiblemente de 7, 5 a 11. Sin embargo, para soles de sílice modificados con aluminio, el pH es adecuadamente de 1 a 12, preferiblemente de 3, 5 a 11. 20

El sol de sílice tiene preferiblemente un valor S de 20 a 100, más preferiblemente de 30 a 90, y lo más preferiblemente de 60 a 90.

Se ha encontrado que las dispersiones con un valor S dentro de estos intervalos pueden mejorar la estabilidad de la dispersión resultante. El valor S caracteriza el grado de agregación de las partículas de sílice coloidal, es decir, el grado de formación de agregados o microgeles. El valor S se ha medido y calculado de acuerdo con las formulas 25 dadas en J. Phys. Chem. 60 (1956) , 955-957, de Iler, R.K. & Dalton, R.L.

El valor S depende del contenido en sílice, la viscosidad y la densidad del sol de sílice. Un valor S alto indica un bajo contenido en microgel. El valor S representa la cantidad de SiO2 en tanto por ciento en peso presente en la fase dispersa del sol de sílice. El grado de microgel puede ser controlado durante el procedimiento de producción, como se describe con más detalle en, p.ej., la patente de EE.UU. 5.368.833. 30

Los compuestos de silano pueden formar enlaces covalentes estables de siloxano (Si-O-Si) con los grupos silanol, o unirse a los grupos silanol, p.ej., mediante enlaces de hidrógeno, sobre la superficie de las partículas de sílice coloidal.

Los compuestos de silano adecuados incluyen tris- (trimetoxi) silano, octiltrietoxisilano, metiltrietoxisilano, metiltrimetoxisilano; isocianato silano, tal como tris-[3- (trimetoxisilil) propil]isocianurato; gamma-mercaptopropil-35... [Seguir leyendo]

REIVINDICACIONES

1. Uso de una dispersión de sílice coloidal silanizada donde la dispersión es una dispersión acuosa, estable de sílice coloidal silanizada que tiene un contenido en sílice de al menos 20% en peso y tiene una relación de pesos de silano a sílice de 0, 003 a 0, 2, como aditivo para materiales cementosos.